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可否利用毛细现象制作水泵?利用分子势能让水自己升高?

不行。

题主想的应该是没有额外的能量输入的情况下做一个毛细泵,那这是不可能的,违背了能量守恒。

如果是有能量输入的泵,只是这个泵是毛细原理的,那么是可以的。

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一、为什么没有额外能量不行

毛细现象的原理是液体的张力。这里涉及液 - 气界面表面张力和固 - 液界面表面张力。

毛细现象是系统为​​降低总能量​​(表面能 + 重力势能)而自发调整的结果:

液体与气体、液体与固体接触时,表面分子因作用力不平衡储存的能量,公式为:

    • :液 - 气界面表面张力。
    • ​:固 - 液界面表面张力。
    • :对应界面的面积。

当液体润湿管壁(θ < 90°),增加固 - 液界面面积(

)可降低总表面能,液体沿管壁爬升。当液体不润湿管壁(θ > 90°),减少固 - 液界面面积(

)可降低总表面能,液面下降。

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毛细现象原理

所以你以为毛细现象是提供了能量让水从低到高处,但实际上恰恰相反,水是从能量高的地方到了能量低的地方。

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表示能量高低

如果你觉得这部分想不明白,没关系,我们还有个简单的思想实验。

你做了一个如你所设想的装置,水会被从低处吸到毛细管的高处。但你会发现,水即使到了毛细管的顶部,也流不出来

因为水其实是向着毛细管内部流动的,而不是一定是从下向上的。如果水从毛细管中流出,那么由于毛细作用,这部分水应该流回到毛细管中。而且由于水收到重力作用,从毛细管底部向顶部流动应该难于从顶部向底部流动。

所以这个泵,最多只能把水泵到毛细管顶部,但要流向你想让水流去的高处,一定还需要额外的动作。

如果你不相信,你也可以自己用一个细管子试一试。简单实验一下就知道了。

还有一个例子是植物。植物利用毛细现象吸水,但植物需要蒸腾作用提供能量才能有源源不断的水被吸上来。这就是额外输入的能量。

综上,题主提出的泵是不可行的

二、现实中有没有毛细泵

答案是有的

首先是被动式的毛细泵,这种简化一下其实就是用纸去吸水,本质上不会将水泵走,而是泵到了表面能最低的地方。甚至可以设计专门的路线,让液体沿着想要的路径行走,但最终液体会到达能量最低的地方。这里有段介绍可参考。

毛细管驱动技术利用微通道中的毛细现象驱动微流体,无需外部动力源。毛细现象是指浸润液体在细管状物体内壁自主上升的现象,由液体的内聚力和附着力的差异克服液体的重力和黏度产生,是表面张力和毛细管的润湿特性相互作用的结果,毛细管表面特性、流体性质和毛细管内部形状都会影响毛细现象中液体上升的高度。液体上升的高度一般遵循 Jurin 定律或 Young-Laplace 定律,基于这些理论,研究者可以设计合理的参数来实现微流体驱动。近年来的研究主要集中在纸基微流控方向和实际应用领域。

而一旦想要单纯提高水的势能,就如我所说,需要额外的能量控制毛细现象的进行。

这里有个现成的例子,你可以到产权局的官网上去阅读详细内容。其通过电场改变液体表面张力,调整分子间作用力,从而控制液柱高度。

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专利首页

再有比如利用热驱动的毛细管水源热泵。

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这段也供参考,相关资料比较难找

好了,到这里题主应该能明白问题所在了。但题主的创新精神值得肯定。如有更多想法欢迎讨论。

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