虹吸現象是液態分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升后再流到低處。由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內的水面變成相同的高度,水就會停止流動。利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出。
虹吸管是人類的一種古老發明,早再公元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管。
事實上,虹吸作用并不完全是由大氣壓力所產生的,在真空里也能產生虹吸現象。使液體向上升的力是液體間分子的內聚力。在發生虹吸現象時,由于管內往外流的液體比流入管子內的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會繼續沿一個方向流動。在液體流入管子里,越往上壓力就越低。如果液體上升的管子很高,壓力會降低到使管內產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的。因為氣泡會使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水。在正常的大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時好,因為兩邊管口上所受到的大氣壓強提高了整個虹吸管內部的壓力。
如果你把充滿水的膠管一端插入水中,另一端垂在盛水的容器之外,而且,出水口要低于水面。這樣,水就會從容器順著膠管流出。這就是虹吸現象。
中國人很早就懂得應用虹吸原理。應用虹吸原理制造的虹吸管,在中國古代稱“注子”、“偏提”、“渴烏”或“過山龍”。東漢末年出現了灌溉用的渴烏。西南地區的少數民族用一根去節彎曲的長竹管飲酒,也是應用了虹吸的物理現象。宋朝曾公亮《武經總要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻嶺阻隔的泉水引下山的記載。中國古代還應用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是戰爭中一種守城必備的滅火器。宋代蘇軾《東坡志林》卷四中,記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。其書載:以竹為筒,“無底而竅其上,懸熟皮數寸,出入水中,氣自呼吸而啟閉之,一筒致水數斗。“明代的《種樹書》中也講到用唧筒激水來澆灌樹苗的方法,對于虹吸原理,中國古代也有論述。南北朝時期成書的《關尹子·九藥篇》說:“瓶存二竅,以水實之,倒瀉;閉一則水不下,蓋(氣)不升則(水)不降。井雖千仞,汲之水上;蓋(氣)不降則(水)不升。”有兩個小孔的瓶子能倒出水,如果閉住一個小孔,另一個小孔外面的空氣壓力會比瓶里水的壓力大,水就流不出來。唐代王冰《素問》注中,有關大氣壓力的物理現象記述得較清楚,王冰曰:“虛管溉滿,捻上懸之,水固不匯,為無升氣而不能降也;空瓶小口,頓溉不入,為氣不出而不能入也。”指出一個小口的空瓶灌不進水是因為瓶里氣體出不來。宋代俞琰在《席上腐談》中補充了前人的發現,說;“予幼時有道人見教,則劇燒片紙納空瓶,急覆于銀盆水中,水皆涌入瓶而銀瓶鏗然有聲,蓋火氣使之然也;又依法放于壯夫腹上,挈之不墜。”在空瓶里燒紙,由于火把瓶里的一部分空氣趕出瓶外,火熄滅后瓶里就形成負壓,造成一定的真空,瓶外的空氣壓力就把瓶緊緊地壓在人腹上。如果把瓶放在水里,水就立即涌入瓶里。明代莊元臣在《叔苴子·內篇》中也指出把葫蘆勺倒壓入水中,水并沒有進入葫蘆里,這是因為葫蘆里有空氣。
現代技術的應用始終都不會脫離最早人們的工作原理,建筑雨水排水系統是建筑物給排水系統的重要組成部分,它的任務是及時排除降落在建筑物屋面的雨水、雪水,避免形成屋頂積水對屋頂造成威脅,或造成雨水溢流、屋頂漏水等水患事故,以保證人們正常生活和生產活動。有了虹吸排水從此就告別了漏室了!
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