甚麼是毛細現象？自然界神秘力量 植物都要靠它吸收養分｜星島教室

在日常生活中，許多現象看似平常，卻潛藏着深奧的科學原理。其中，「毛細現象」便是如此。從植物的生長到我們的日常用水，毛細現象無處不在，影響着自然界的運行。本文將深入探討毛細現象的基本原理、在生物界和日常生活中的應用，以及它對科學和技術的影響，讓我們一同揭開這神秘力量的面紗。

何謂「毛細現象」？

「毛細現象」是指液體在狹窄空間中自發性上升或下降的能力。當液體接觸到固體表面時，液體分子與固體分子之間的相互作用會導致液體在細管或毛細管內部形成一種特殊的行為。這一現象主要受到「表面張力」、「黏附力」和「內聚力」的影響。

「表面張力」是液體表面分子之間相互吸引的力量，這種力量使液體表面形成一層有彈性的「膜」。水分子之間的氫鍵令水的表面張力較強，這正是水能夠在細管中上升的原因之一。

「黏附力」是液體分子與固體表面之間的吸引力，而「內聚力」則是液體分子彼此之間的吸引力。當黏附力大於內聚力時，液體會沿着固體表面上升。這一現象在植物的根系吸水過程中尤為明顯。

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植物應用

毛細現象影響着植物的生長，例如以下幾方面︰

水分吸收︰在植物的根系中，毛細現象起着至關重要的作用。植物的根部有許多細小的根毛，根毛增加了根系的表面積，幫助植物更有效地吸收土壤中的水分和養分。當水分進入根毛時，根毛中的水分因表面張力而向上移動，這過程受到蒸騰作用的影響。當水分在葉子中蒸發時，會產生負壓，進一步促進水分上升。

仙人掌的生存智慧︰仙人掌是沙漠植物的典型代表，為了適應乾旱的環境，它們的根毛特別發達，可以有效地吸收稀少的水分。仙人掌的根系通常非常淺卻廣泛，這樣可在降雨後迅速吸收水分，並在短時間內儲存起來。

其他植物適應性︰不同植物對毛細現象的適應各異。某些水生植物如荷花，雖然生長在水中，但它們的根系也利用毛細現象來固定自己並吸收水分和養分。這些植物的根毛通常較細長，能深入土壤中，接觸更多水源。

生活實例

毛細現象還存在於我們的日常生活中。以下是幾個有趣的例子：

紙巾吸水力︰紙巾的吸水能力正是毛細現象的結果。當紙巾接觸到水時，水分會迅速沿着紙巾的纖維上升，因為紙巾中的纖維間有許多狹小的空隙，這些空隙促進毛細作用的發生。因此，紙巾可快速吸收液體，非常適合清理溢出的液體。這令紙巾成為清潔和擦拭液體的常用工具。

畫筆油墨︰當畫筆的毛尖接觸到油墨時，油墨會因毛細作用被吸入畫筆中，並在使用時釋放出來，從而實現繪畫功能。毛細現象確保墨水能夠均勻地流動到筆尖，這一特性使畫筆可在繪畫中創造出流暢的線條和色彩。

蠟燭︰毛細現象是蠟燭能夠持續燃燒的關鍵因素。蠟燭通常由蠟和燈芯組成。燈芯是由纖維材料（如棉線）編織而成。當我們點燃蠟燭時，火燄的熱量會熔化燈芯周圍的蠟。燈芯中的纖維之間存在微小的空隙，這些空隙形成了毛細通道。熔化的液態蠟通過這些毛細通道，克服重力向上移動，從蠟燭的底部上升到火燄附近，因此蠟燭能夠持續燃燒。

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實驗探索

要理解毛細現象，可進行簡單的實驗，我們可以準備一根細管和水，觀察水在細管中的上升情況。細管中縫隙的大小與水上升的高度有着密切的關係。透過實驗不但可觀察水上升的高度變化，亦有助理解毛細現象的基本原理。

步驟

1. 準備一根直徑約1至2毫米的細管。
2. 將細管的一端浸入水中，觀察水的上升情況。
3. 改變細管的直徑，觀察不同直徑對水上升高度的影響。

科學技術

毛細現象的發現可源於科學家逐漸揭示了表面張力和黏附力等現象對於液體行為的影響。隨着科技的進步，研究者開始探索毛細現象在微流體技術、醫療器械等領域的應用，這些研究不斷推動着科學的進步。

微流體技術︰是一個快速發展的領域，毛細現象在其中起着關鍵作用。這項技術利用毛細現象來操控微小液體樣本，廣泛應用於生物醫學、環境監測等方面。例如，在診斷設備中，微流體技術能夠快速分析血液或其他體液，提供即時的健康訊息。在醫療領域，許多器械設計亦依賴於毛細現象。在這些應用中，毛細現象提升了使用的便利性及準確性。

新材料與科技︰隨着科技發展，科學家開始探索新材料在毛細現象中的應用。納米材料的發現使毛細現象的應用範圍得以擴展，這些材料在能源儲存、環境治理等方面展現出巨大潛力。

毛細現象是自然界中一種奇妙力量，影響植物生長、日常生活的各種現象，以及科學技術的發展。透過對毛細現象的研究，可更深入理解自然界的運作，以及將這些原理應用於改進我們的生活。無論是在科學探索還是實際應用中，毛細現象都展現出它的獨特魅力和重要性。這一現象不僅是科學的奧秘，也是人類智慧的結晶，值得我們深入探索和研究。

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小思考，大智慧

除了文中提到的例子，還有哪些日常生活現象與毛細現象相關？

參考答案

例如以下兩個生活現象︰

1. 彩色水實驗︰將不同顏色的水倒入幾根吸管或紙巾中，水會因毛細現象沿着材料上升，形成美麗的色彩漸變。
2. 咖啡過濾︰在製作咖啡時，水通過咖啡粉的過程亦涉及毛細現象，水分能夠均勻地滲透，提取出咖啡的風味。

文：中華基督教會何福堂小學老師蔡雅彤、中華基督教會何福堂小學老師唐蔚珊

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。