自由水的物理力学意义

自由水系不受矿物颗粒的分子吸引力约束，而在重力作用下可以产生垂直上下运动，能传递静水压力的水，可以自由变形，但不能抵抗剪切。自由水包括毛细管水和重力水两种类型。

（1）毛细管水：由于毛细管引力张拉充填在岩体和土体细小孔隙中的水称谓毛细管水。它同时受毛细管力和重力作用，当毛细管力大于重力时，毛细管水就上升。因此，地下水面以上普遍存在着一层毛细管水带。毛细管水能垂直上下移动，能传递静水压力。常见的土体中毛细管水上升高度详见表6-1。

表6-1 毛细管水上升的高度

（2）重力水：在重力作用下能在岩体和土体孔隙和裂隙中运动的水称谓重力水，通常称的地下水即指此。它不受分子吸引力影响，能传递静水压力，不抗剪。地下水中的静水压力遵循巴斯加原理，即地下水内一定位置深度h处的静水压力为P：

地质工程学原理

式中γw为水的密度，通常取为1。这个压力是球体压力，没有方向性。因此，土体中的地下水具有浮力作用又称为孔隙压力。在它作用下，土体内颗粒间的接触压力将减小，土体颗粒间的实际接触压力，即有效应力σe：

地质工程学原理

式中：γh为土体自重压力；γwh为地下水的浮力或称孔隙压力。

液体为什么能在毛细管内上升或下降呢我们已经知道,液体表面类似张紧的橡皮膜,如果液面是弯曲的,它就有变平的趋势因此凹液面对下面的液体施以拉力，凸液面对下面的液体施以压力浸润液体在毛细管中的液面是凹形的,它对下面的液体施加拉力,使液体沿着管壁上升,当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时,管内的液体停止上升，达到平衡同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象

毛细现象中液体上升、下降高度。h的正负表示上升或下降。

浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触较为钝角。

上升高度h=2表面张力系数/（液体密度重力加速度g液面半径R）。

上升高度h=2表面张力系数cos接触角/（液体密度重力加速度g毛细管半径r）。

毛细管内大气压力很小，因为大气对毛细管中液体截面很小，所实施的压力很小。平衡的是由于液体自身重力平衡液体所产生的张力，也就不再上升了

凡内径很细的管子叫“毛细管”。通常指的是内径等于或小于1毫米的细管，因管径有的细如毛发故称毛细管。目前应用在医学上，建筑材料上。

例举

水银温度计、钢笔尖部的狭缝、毛巾和吸墨纸纤维间的缝隙、土壤结构中的细隙以及植物的根、茎、叶的脉络等，都可认为是毛细管。毛细管电色谱是发展起来的一种新型微分离分析技术，它整合了毛细管电泳与微径柱液相色谱的优点，通过在填充微细颗粒液相色谱填料的微径柱色谱柱两端施加直流高压电场，达到其对痕量复杂生物及化学体系样品优越的分离能力。

细管空调：毛细管网模拟叶脉和人体毛细血管机制，由外径为35-50mm（壁厚09mm左右）的毛细管和外径20mm（壁厚2mm或23mm）的供回水主干管构成管网。保温层、散热层、和毛细管网结合使用，复合成毛细管网换热器，大大提高了毛细管网单一构造的散热能力合使用用途，保护了毛细管管壁不受损坏。毛细管网平面辐射空调系统一般采用小循环大系统方式，并采用专用溶液作介质，可以避免系统阻塞，方便控制。为达到更高舒适度要求并避免结露，房间还应该配套湿度控制和新风系统。毛细管网生产和应用技术此前一直由德国企业高度垄断，北京普来福环境技术有限公司已打破国外企业垄断，研发生产出国产的毛细管网换热器，申请了多项发明专利和实用新型专利，并且已经进入批量生产阶段。

2007年5月，该产品在中国建筑科学研究院空调所（国家空调设备质量监督检验中心）进行检验。以某节点的测试举例，结果如下：

1、在实验压力为15Mpa情况下，无渗漏；

2、在供水温度45℃，回水温度40℃，基准温度20℃，△T=225℃时，折合样品单位面积散热量Qdr=24088W/m2；

3、在供水温度15℃，回水温度20℃，基准温度26℃，△T85℃，折合样品单位面积制冷量Qdl=12284W/m2。

细管用途

毛细管一般被用于20kW以下的小型氟利昂制冷装置。毛细管由紫铜管制

毛细管

成，长度1~6m，内径为05~2mm通过长度和管径的多种组合可使其满足不同的工况和不同制冷量的制冷剂装置要求，但毛细管被选定和安装后，便不能随负荷变化而变化，为使制冷装置在绝大多数时间下高效率运转，选择具有代表性的设计工况是及其重要的。 [1]

毛细现象

定义：当含有细微缝隙的物体与液体接触时，在浸润情况下液体沿缝隙上升或渗入，在不浸润情况下液体沿缝隙下降的现象。在浸润情况下，缝隙越细，液体上升越高。 就是指液体在细管状物体的内侧因为内聚力以及附着力的差异，克服地心引力而向上升。

介绍

毛细现象(又称毛细管作用)，是指液体在细管状物体内侧，由于内聚力与附着力的差异，克服地心引力而上升或下降的现象。

含有细微孔隙的物体与液体接触时，使该液体沿孔隙上升或

毛细管效应

下降的现象。当液体和固体(管壁)之间的附着力大于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象（上升）；反之，当液体和固体(管壁)之间的附着力小于液体本身内聚力时，就会产生毛细现象（下降）。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材质物体能吸收液体皆为此现象所致。毛细管作用的出现是由于水具有黏性 — 水分子互相黏着附在其他物体上的特性，这些物体可以是玻璃、布、器官组织或土壤。而水银因其原子之间的内聚力极强，所以发生毛细现象（下降）。

越细的毛细管吸水所受的气压影响越不明显，所以越细的毛细管在垂直于水面的情况下吸水程度越强。 [2]

影响因素

纸本身的吸水力，纸的大小、形状和水的高低都会影响到毛细现象的进行，而产生许多不同的结果。而且水的温度也会影响到毛细现象的进行。水温越高，水的上升变越快，反之，则越慢。因此液体本身的特性也是影响毛细现象的主要原因。而且水温的升高会产生大量的水蒸气，因此，水蒸气也会使毛细现象加速进行。另外当液体分子的内聚力小于其与纸张(或其他物质)之间的吸引力时也会产生毛细现象（上升）。不同的液体或纸张，其毛细现象就有程度上的差异。如水银因其原子之间的内聚力极强，所以发生毛细现象（下降）。 [2]

常见例子

植物根部吸收的水分能够经由茎内维管束上升。

植物吸水

把一张纸巾浸入一杯水中，水就会爬上纸巾，直到它无法克服地球的重力（地心引力）为止。由于水具有黏性，所以当你杯中的水溅到桌面上时，它不会流到地上，而是在桌面形成一个弧状的小水点。

生产应用

毛细管作用虽然对于植物的吸水有极大的帮助，但是在农业生产中毛细现象也会对农业生产的有负面影响。土壤里有很多毛细管，地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。如果要保存地下的水分，就应当锄松地面的土壤，破坏土壤表层的毛细管，以减少水分的蒸发。

建筑房屋的时候，在砸实的地基中毛细管又多又细，它们会把土壤中的水分引上来，使得室内潮湿。建房时在地基上面铺油毡，就是为了防止毛细现象造成的潮湿。 [2]

毛细管电泳

毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis，HPCE），是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。

毛细管电泳通常使用内径为25-100 μm 的弹性（聚酰亚胺）涂层熔融石英管。标准毛细管的外径为375 μm，有些管的外径为160 μm。毛细管的特点是：容积小（一根100 cm×75 μm 管子的容积仅44 μL）；侧面/截面积比大，因而散热快、可承受高电场（100-1000 V/cm）；可使用自由溶液、凝胶等为支持介质；在溶液介质下能产生平面形状的电渗流。

由此，可使毛细管电泳具备如下优点：

（1）高效塔板数目在105-106片/m 间，当采用CGE 时毛细管电泳色谱图，塔板数目可达107片/m 以上；

（2）快速一般在十几分钟内完成分离；

（3）微量进样所需的样品体积为nL级；

（4）多模式可根据需要选用不同的分离模式且仅需一台仪器；

（5）经济实验消耗不过几毫升缓冲溶液，维持费用很低；

（6）自动CE 是目前自动化程度较高的分离方法。

毛细管电泳的缺点是：

（1） 由于进样量少，因而制备能力差；

（2） 由于毛细管直径小，使光路太短，用一些检测方法（如紫外吸收光谱法）时，灵敏度较低；

（3）电渗会因样品组成而变化，进而影响分离重现性。

大体就这些，请采纳，祝好！

方法提要

岩石内的孔隙结构，是由许多大小不同、形态各异的孔隙组成的毛细管网。当两种互不相溶的流体(油和水、油和气、水和气)共存于或通过岩石孔隙时，必然产生毛细现象。这样在两相流体界面及液相与固相(岩石)界面上存在作用力，所有作用力的合力，称为毛管压力。毛管压力(pc)的大小与毛管半径(rc)、表面张力(σ)、润湿角(θ)有关，其表达式为:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

压汞法就是根据毛细管作用原理，利用汞对岩石的非润湿性，在不同的外力作用下克服岩石孔隙的毛管压力，把汞压入岩石内各对应的孔隙中。根据压力与相应的进汞量，可绘制出压力与汞饱和度(SHg，%)关系曲线，即毛管压力曲线。据此，可定量计算岩石中孔隙大小分布及其有关特征参数，进而可有效地对储、盖层岩石分类评价。

仪器设备

压汞仪。最高工作压力不低于8MPa;汞计量分辨率不低于岩样总孔隙体积的05%。

岩样制备

岩样经过抽提除油，制备成直径大于20nm、长度大于25mm圆柱体，其表面平整光滑，以减少表面效应，提高测量精度。

制备岩样时，胶结程度好的岩样，可用空心钻钻取;胶结程度差的疏松岩样，则用手工加工，不得用锤子敲击取样，以免产生人为裂缝。

圆柱体试样预先测定孔隙度和渗透率，不规则试样只测定孔隙度。

岩样须放在105℃下烘3～4h。

分析步骤

使用前，要先清洗杂质和氧化膜。

试验时，对岩心室系统进行抽空，真空度达到667Pa(相当于5×10-2mmHg)以上。真空度维持时间15min以上。

测试压力点的分布和数目应使毛管压力曲线光滑，拐点处要有控制点。

进汞高峰附近的几个点，要保证有10～30s稳定时间。对于低渗、特低渗的岩样。进汞高峰附近几个点的稳定时间应适当加长。

一切含汞的操作都必须在强抽风状态下进行，确保人身安全。

数据处理

1)毛管压力曲线图绘制。以毛管压力pc(MPa)为纵坐标，以累计汞饱和度SHg(%)作横坐标，画出毛管压力曲线图。做过退汞试验的试样，同时在图上画出退汞曲线。

2)孔喉半径分布直方图绘制。以毛管半径r(μm)为横坐标，以对应的汞饱和度增量ΔSHg(%)为纵坐标，画出孔喉分布直方图。

3)毛管压力曲线上的特征点。①排驱压力pd:岩样最大连通孔喉所对应的毛细管压力。②饱和度中值压力pc50:即汞饱和度为50%时所对应的毛管压力。③最大进汞饱和度SHgmax:最高试验压力下的累积汞饱和度值。④未饱和汞的孔隙度Smin:最高试验压力时尚不能注入汞的孔隙百分数。

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

⑤残留汞饱和度SHgr:做退出试验时，当压力退回到试验起始注入压力(或当地大气压)时，残留在岩样中汞的饱和度。⑥退出效率We:

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木材浸于水中吸取水分的能力。木材的吸水性关系着木材对化学药剂的浸注、制浆蒸煮等加工工艺的效果。木材所吸收的水包括细胞壁吸着的水和细胞腔中吸收的水两部分。细胞壁吸水是一种吸着现象；细胞腔吸水除吸着现象外，更主要的是毛细管的吸水现象。毛细管力（P）的大小可按下式计算：

式中 r为毛细管半径（厘米）；σ为液体表面张力系数（牛/米）；P为毛细管力（帕），θ为液体与毛细管壁的接触角（度）。毛细管中液面上升或下降的高度则可按下式计算：

式中 h为毛细管里液面上升或下降量（厘米）；d为液体密度（克/立方厘米）；g为重力加速度（厘米/平方秒）；余同上式。毛细管半径越小，接触角越小，液体表面张力愈大，则润湿液体在毛细管中的液柱上升越高。木材细胞腔的大毛细管系统的半径，小于01毫米，所以毛细现象显著；水的表面张力又大，与木材的接触角又小，所以木材毛细管吸水力很强。

木材的吸水过程是不均匀的，最初吸水很快，随着时间的推移吸水速度（指单位时间吸水量或吸水至饱和状态所需的时间）逐渐减小，直至木材吸水达到饱和状态几减为零时止。因而在达到饱和以前，木材的吸水量取决于木材浸在水中的时间，浸水时间越长，吸水越多，反之则越少。饱和时的木材吸水率等于吸着水的最大量即纤维饱和点的含水率与细胞腔的自由水的最大量之和，即

式中 30%为纤维饱和点的含水率；264226×100%为自由水的最大量；ρ0为木材绝干密度（克/立方厘米）。由此式可知，木材吸水率取决于木材的密度，随着密度的增大而减小。木材吸水速度的快慢，则主要取决于大毛细管系统对于吸水的有效性如何，其次为木材的密度。

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