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有趣的虹吸现象

发布时间：2018-05-04 15:21:13 来源：文档文库

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有趣的虹吸现象

辽宁省四中

一、虹吸现象

虹吸是生活中最常见的物理现象之一。虹吸原理就是连通器的原理，加在密闭容器里液体上的压强，处处都相等。而虹吸管里灌满水，没有气，来水端水位高，出水口用手掌或其他物体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，但是来水端的水位高，推动来水不断流出出水口。虹吸现象不仅在古代有很丰富的应用，它在现代生活中也有很广泛的应用。

二、虹吸原理

虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。

三、虹吸实验解释

用图1所示的装置来说明这种现象的原理，当充满水的管子将A、B两个液面高度不同水槽连接后， C处受到向右的压强为：，向左的压强：，其中：为大气压。由于>，所以有<。则液片C将向左移动，即容器B中的水向容器A中流淌。只要B中的液面高于A中的液面，水就会流动不停，直到两容器中的液面相平，即B中的水流完为止。

四、虹吸现象的应用历史

虹吸管是人类的一种古老发明，早在公元前1世纪，就有人造出了一种奇特的虹吸管。中国人很早就懂得应用虹吸原理。应用虹吸原理制造的虹吸管，在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。宋代苏轼记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。明代的《种树书》中也讲到用唧筒来浇灌树苗的方法

五、虹吸的应用

1．虹吸原理在古代的应用

虹吸在古代的应用很广泛，虹吸可以用于农业灌溉，战争灭火，儿童玩具，也可以用于计时工具等。

渴乌

中国古代的虹吸管。据《后汉书·张让传》记载，东汉中平三年(186)掖庭令毕岚“作翻车、渴乌，施于桥西，用洒南北郊路”，是渴乌的最早记载。唐李贤在对《张让传》进行注释时，用“以气引水上也”，说明渴乌依靠气压差引水的工作原理，当然其前提条件是进口端的高程高于出口端。唐杜佑所著《通典》载，渴乌可以“隔山取水”。方法是以大竹筒套接成弯管，以麻漆封裹，密不透气，跨过山峦，将临水一端置于水面之下五尺，然后在出口端放松桦枝叶和干草等易燃物，点燃后，稍冷，筒内形成相对真空，即可吸水而上。明清人又称为过山龙，也用以由缸内取酒。小型渴乌也用作刻漏的注水部件等。

唧筒

如图2所示就是中国古代应用虹吸原理制作的唧筒。唧筒是战争中一种守城必备的灭火器。唧筒也是儿童游戏用的水枪。北宋王延德叙其所见当地居民风俗，如：“以银或输(黄铜)为筒，贮水，激以相射，或以水交泼为戏，谓之压阳气，去病”。

秤漏

图3所示的就是秤漏。

秤漏是一种特殊类型的漏刻，是用中国秤称量流入受水壶中水的重量来进行计时的仪器。它有一只供水壶，通过一根虹吸管（即古代的渴乌）将水引到一只受水壶（称为权器）中。权器悬挂在秤杆的一端，秤杆的另一端则挂有平衡锤。当流入权器中的水为一升时，重量为一斤，时间为一刻。其以供水壶流出的水的重量作为计时标准，以秤杆作为显时系统是秤漏的巧妙之处，且据测定秤漏的日误差不大于1分钟。

莲花漏

如图4所示的是莲花漏。

它是由一个受水壶，再用两根叫“渴乌”的细管，利用虹吸原理，把放水壶中的水，逐步放到受水壶中，使受水。壶中水平面高度保持恒定。相等时间内受水壶的水流速度恒定，据以测定时间。莲花漏实物已不存在。东林寺晋僧慧安，在庐山的莲花漏计时。于泉水上立十二叶芙蓉，因波水转，分定十二时。

2．在现代生活中的应用

虹吸原理不仅在古代多方面的应用，在现代生活中虹吸原理也有很重要的应用：非洲的“鬼湖”图尔卡那湖，现代生活中人人都离不开马桶，用于水处理的虹吸滤池，用于雨水收集的虹吸屋面排水系统，用于医疗的洗胃等等。

鬼湖

图5所示的就是鬼湖。

在非洲肯尼亚北部，有一望不尽的沙漠，沙漠上有一个奇怪的湖泊，时隐时现，被人们成为“鬼湖”，这就是非洲著名的图尔卡纳湖，又名碧玉湖。当人们来到湖畔，只见碧波荡漾，清澈照人，可是不一会辽阔的水面就消失得无影无踪，成为一片茫茫沙漠。制造“鬼湖”的原因是由于在“鬼湖”附近可能有一个比“鬼湖”地势高的地下空洞，贮存着由别处渗流而来的地下水，并有一个类似虹吸泉那样的地下坑道将“鬼湖”同地下空洞连接在一起。当虹吸现象出现时，地下空洞里的水大量流出，便出现“鬼湖”，而由于“鬼湖”地处沙漠之上，即使水量再大，也会不消多长时间就流到沙层下面或者渗流到别处去了。

马桶

图6所示的就是虹吸式马桶。

虹吸式马桶的原理：虹吸式坐便器的结构是排水管道呈“∽”型，在排水管道充满水后会产生一定的水位差，借冲洗水在便器内的排污管内产生的吸力将便便排走，由于虹吸式坐便器冲排是不是借助水流冲力，所以池内存水面较大，冲水噪音较小。

虹吸滤池

图7所示的就是虹吸滤池。

虹吸滤池的工作原理：虹吸滤池它用抽真空来形成虹吸，以连通水流，用进空气来破坏虹吸，以切断水流。

在过滤过程中，每格滤池中的水位随着滤料阻力的增大而升高，以保持等速过滤。当运行到一定时间后，滤池就需要反洗，反洗时，首先破坏其进水的虹吸现象，使水不再进入该格滤池，当水位下降显著缓慢时，用真空系统形成反洗虹吸，反洗作业开始。当反洗排出水较清时，立即破坏反洗虹吸，停止反洗，随即启动进水虹吸管，投入运行。

虹吸式屋面排水系统

图8所示的就是虹吸式屋面排水系统。

虹吸式屋面排水系统的工作原理：虹吸式屋面雨水排除系统是在一相流状态下满管流运行的。系统的工作原理符合水流运动的能量守恒及其转化定律。连接管内的压力可能是正压也可能是负压。随着悬吊管的延伸管内负压值增大，至悬吊管与立管的转折处负压值最大，随立管的下降负压值减小，至立管的某点压力值为零，其后压力值为正压并逐渐增大再逐渐减小，从而系统在虹吸水力作用下工作。

洗胃

图9所示的就是洗胃过程。

洗胃是指将胃管由口腔或鼻腔经食管插入胃内，利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液对胃腔进行冲洗的方法。多用于误服或自服有害物质的病人。

胃管虹吸法是医生给食物中毒病人洗胃常用的方法，操作方便。利用虹吸法给病人胸腔、腹腔穿刺放液，省时省力，相对于常规注射器抽吸法有一定的优势。

虹吸式咖啡壶

图10所示的就是虹吸式咖啡壶。

煮咖啡时，下壶的水沸腾产生水蒸气将水压至上座，煮好后关火温度下降，咖啡再被吸到下座。

虹吸现象

虹吸现象—利用液面高度差的作用力现象，可以不用泵而吸抽液体。将液体充满一根倒U形的管状结构内（称为虹吸管）后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管从开口于更低的位置流出。这种结构下，开口低的一端液体因为重力原因流出，同时管内及开口高的一段容器内的液体因为分子粘聚力的作用，持续向开口低的方向流动，直至开口高的一端的容器和吸管内所有的液体全部流完为止。其实质是因为重力和分子间粘聚力而产生。

虹吸现象 - 原理虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。当然，重力在虹吸过程中也扮演了重要的角色。

虹吸现象 - 出处

虹吸管是人类的一种古老发明，早在公元前1 世纪，就有人造出了一种奇特的虹吸管。中国人很早就懂得应用虹吸原理。应用虹吸原理制造的虹吸管，在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是战争中一种守城必备的灭火器。宋代苏轼《东坡志林》卷四中，记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。其书载：以竹为筒，“无底而窍其上，悬熟皮数寸，出入水中，气自呼吸而启闭之，一筒致水数斗。“明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法，对于虹吸原理，中国古代也有论述。南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》说：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则（水）不降。井虽千仞，汲之水上；盖（气）不降则（水）不升。”有两个小孔的瓶子能倒出水，如果闭住一个小孔，另一个小孔外面的空气压力会比瓶里水的压力大，水就流不出来。唐代王冰《素问》注中，有关大气压力的物理现象记述得较清楚，王冰曰：“虚管溉满，捻上悬之，水固不汇，为无升气而不能降也；空瓶小口，顿溉不入，为气不出而不能入也。”指出一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来。宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现，说；“予幼时有道人见教，则剧烧片纸纳空瓶，急覆于银盆水中，水皆涌入瓶而银瓶铿然有声，盖火气使之然也；又依法放于壮夫腹上，挈之不坠。”在空瓶里烧纸，由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外，火熄灭后瓶里就形成负压，造成一定的真空，瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上。如果把瓶放在水里，水就立即涌入瓶里。明代庄元臣在《叔苴子·内篇》中也指出把葫芦勺倒压入水中，水并没有进入葫芦里，这是因为葫芦里有空气。

虹吸现象 - 作用

事实上，虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的，在真空里也能产生虹吸现象。使液体向上升的力是液体间分子的内聚力。在发生虹吸现象时，由于管内往外流的液体比流入管内的液体多，两边的重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动。液体流入管内，越往上压力就越低。如果液体上升的管子很高，压力会降低到使管内产生气泡（由空气或其他成分的气体构成），虹吸管的作用高度就是由气泡的生成而决定的。因为气泡会使液体断开，气泡两端的气体分子之间的作用力减至0，从而破坏了虹吸作用，所以管子一定要装满水。在正常的大气压下，虹吸管的作用比在真空时好，因为两边管口上所受到的大气压强提高了整个虹吸管内部的压力。