甚么是毛细现象？自然界神秘力量 植物都要靠它吸收养分｜星岛教室

在日常生活中，许多现象看似平常，却潜藏着深奥的科学原理。其中，「毛细现象」便是如此。从植物的生长到我们的日常用水，毛细现象无处不在，影响着自然界的运行。本文将深入探讨毛细现象的基本原理、在生物界和日常生活中的应用，以及它对科学和技术的影响，让我们一同揭开这神秘力量的面纱。

何谓「毛细现象」？

「毛细现象」是指液体在狭窄空间中自发性上升或下降的能力。当液体接触到固体表面时，液体分子与固体分子之间的相互作用会导致液体在细管或毛细管内部形成一种特殊的行为。这一现象主要受到「表面张力」、「黏附力」和「内聚力」的影响。

「表面张力」是液体表面分子之间相互吸引的力量，这种力量使液体表面形成一层有弹性的「膜」。水分子之间的氢键令水的表面张力较强，这正是水能够在细管中上升的原因之一。

「黏附力」是液体分子与固体表面之间的吸引力，而「内聚力」则是液体分子彼此之间的吸引力。当黏附力大于内聚力时，液体会沿着固体表面上升。这一现象在植物的根系吸水过程中尤为明显。

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植物应用

毛细现象影响着植物的生长，例如以下几方面︰

水分吸收︰在植物的根系中，毛细现象起着至关重要的作用。植物的根部有许多细小的根毛，根毛增加了根系的表面积，帮助植物更有效地吸收土壤中的水分和养分。当水分进入根毛时，根毛中的水分因表面张力而向上移动，这过程受到蒸腾作用的影响。当水分在叶子中蒸发时，会产生负压，进一步促进水分上升。

仙人掌的生存智慧︰仙人掌是沙漠植物的典型代表，为了适应干旱的环境，它们的根毛特别发达，可以有效地吸收稀少的水分。仙人掌的根系通常非常浅却广泛，这样可在降雨后迅速吸收水分，并在短时间内储存起来。

其他植物适应性︰不同植物对毛细现象的适应各异。某些水生植物如荷花，虽然生长在水中，但它们的根系也利用毛细现象来固定自己并吸收水分和养分。这些植物的根毛通常较细长，能深入土壤中，接触更多水源。

生活实例

毛细现象还存在于我们的日常生活中。以下是几个有趣的例子：

纸巾吸水力︰纸巾的吸水能力正是毛细现象的结果。当纸巾接触到水时，水分会迅速沿着纸巾的纤维上升，因为纸巾中的纤维间有许多狭小的空隙，这些空隙促进毛细作用的发生。因此，纸巾可快速吸收液体，非常适合清理溢出的液体。这令纸巾成为清洁和擦拭液体的常用工具。

画笔油墨︰当画笔的毛尖接触到油墨时，油墨会因毛细作用被吸入画笔中，并在使用时释放出来，从而实现绘画功能。毛细现象确保墨水能够均匀地流动到笔尖，这一特性使画笔可在绘画中创造出流畅的线条和色彩。

蜡烛︰毛细现象是蜡烛能够持续燃烧的关键因素。蜡烛通常由蜡和灯芯组成。灯芯是由纤维材料（如棉线）编织而成。当我们点燃蜡烛时，火燄的热量会熔化灯芯周围的蜡。灯芯中的纤维之间存在微小的空隙，这些空隙形成了毛细通道。熔化的液态蜡通过这些毛细通道，克服重力向上移动，从蜡烛的底部上升到火燄附近，因此蜡烛能够持续燃烧。

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实验探索

要理解毛细现象，可进行简单的实验，我们可以准备一根细管和水，观察水在细管中的上升情况。细管中缝隙的大小与水上升的高度有着密切的关系。透过实验不但可观察水上升的高度变化，亦有助理解毛细现象的基本原理。

步骤

1. 准备一根直径约1至2毫米的细管。
2. 将细管的一端浸入水中，观察水的上升情况。
3. 改变细管的直径，观察不同直径对水上升高度的影响。

科学技术

毛细现象的发现可源于科学家逐渐揭示了表面张力和黏附力等现象对于液体行为的影响。随着科技的进步，研究者开始探索毛细现象在微流体技术、医疗器械等领域的应用，这些研究不断推动着科学的进步。

微流体技术︰是一个快速发展的领域，毛细现象在其中起着关键作用。这项技术利用毛细现象来操控微小液体样本，广泛应用于生物医学、环境监测等方面。例如，在诊断设备中，微流体技术能够快速分析血液或其他体液，提供即时的健康讯息。在医疗领域，许多器械设计亦依赖于毛细现象。在这些应用中，毛细现象提升了使用的便利性及准确性。

新材料与科技︰随着科技发展，科学家开始探索新材料在毛细现象中的应用。纳米材料的发现使毛细现象的应用范围得以扩展，这些材料在能源储存、环境治理等方面展现出巨大潜力。

毛细现象是自然界中一种奇妙力量，影响植物生长、日常生活的各种现象，以及科学技术的发展。透过对毛细现象的研究，可更深入理解自然界的运作，以及将这些原理应用于改进我们的生活。无论是在科学探索还是实际应用中，毛细现象都展现出它的独特魅力和重要性。这一现象不仅是科学的奥秘，也是人类智慧的结晶，值得我们深入探索和研究。

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小思考，大智慧

除了文中提到的例子，还有哪些日常生活现象与毛细现象相关？

参考答案

例如以下两个生活现象︰

1. 彩色水实验︰将不同颜色的水倒入几根吸管或纸巾中，水会因毛细现象沿着材料上升，形成美丽的色彩渐变。
2. 咖啡过滤︰在制作咖啡时，水通过咖啡粉的过程亦涉及毛细现象，水分能够均匀地渗透，提取出咖啡的风味。

文：中华基督教会何福堂小学老师蔡雅彤、中华基督教会何福堂小学老师唐蔚珊

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。