虹吸

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虹吸现象的图示

虹吸(siphon)是一種流體力學現象,可以不借助而抽吸液體。處於較高位置的液體充滿一根倒U形的管狀結構(稱為虹吸管)之後,開口於更低的位置。這種結構下,管子兩端的液體壓力差能夠推動液體越過最高點,向另一端排放,主要是由萬有引力讓虹吸管作用。2010年5月澳洲昆士蘭科技大學休斯博士(Dr Stephen Hughes)說:「是由重力讓虹吸管內的液體由上端往下端流動,藉由較長且朝下的那一端,將較短上端那一邊的水往上引出再流到下端。」[1]中國古代的酒器九龍杯即是利用虹吸原理製成。

機制[编辑]

在虹吸管的上端開口處,向管內的壓力為上端水受到重力往管口浸入位置處推擠所形成的容器液壓;向外的壓力則為上坡段液柱產生的壓力。前者大於後者時,液體被從上端容器推進管口流到下端容器,形成虹吸。上坡高度增加,管口向外的壓力也增加;到與重力產生之容器液壓平衡的時候,虹吸管的最高處會產生部分真空,進一步導致液柱坍塌,虹吸現象停止。[2]

另外,如果虹吸管两端容器液面达到相等,虹吸现象也会停止。

在實際的虹吸現象中,和氣壓錶原理相類似,氣壓推動液體向上進入管道中壓力較低的頂端部分。事實上,由於原理相似,虹吸管內部液體所能上升的最大高度和氣壓錶是一致的。而促使液體流動的壓力差是由液體向出口端落下引起的。(向下產生負壓) 当虹吸管两端都在大气压力作用下的时候,液体从高的那一端向另一端流动。然而,如果低处的那一个出口被密封加压的话,液体也会像虹吸式咖啡壶那样从低的那一端向上流动。在通常情况下,虹吸现象的驱动力是大气压;但是在特殊情况下也会有其他原理成为驱动力。在实验室条件下,一些虹吸管被用于在真空条件下展示表明液体的抗张强度对于超低压环境下的虹吸实验有一定贡献。最常见的虹吸现象使用水作为虹吸液,不过试验中也经常使用水银,其他物质例如有机溶液,甚至二氧化碳都可以被用于虹吸实验。

註釋[编辑]

  1. ^ 中央社╱臺北12日電,"牛津英語大詞典有誤 近百年後才發現"[1],[ 聯合報],2010.05.12/10:16pm.
  2. ^ Bonnie Malkin in Sydney ,"Physicist spots 99-year-old mistake in Oxford English Dictionary"[2],每日電訊報,10:00AM BST 11 May 2010.

外部連結[编辑]