有的液體為什么能沿著容器壁向上爬
相信大家都知道“人往高處走,水往低處流”的這句話的含義吧,這是都是因為地球引力的作用,他們不得不往更低的地方流動。比如河流就是通過不斷的流動最終匯集到江海。但是對于人來說,他們都向往著高處,其實有的液體也是能沿著容器壁向上爬,這是為什么呢?
但是有一種液體例外,它可以沿著光滑的墻壁從低處流向高處,它就是“超流體”。與一般液體不同,超流體內部幾乎完全沒有“黏性”。黏性大小和液體里面的分子相互之間吸引力有關,黏性越大代表吸引力越大。水的黏性較小,油的黏性大于水,膠水的黏性大于油。超流體的黏性近似為零。
人類最早發現的超流體是接近絕對零度的液氦。當液氦的溫度低于-271℃,液氦中氦原子之間的相互吸引力就會小到可以忽略,液氦就完全失去了黏性,變成超流體。雖然氦原子之間的吸引力消失了,但是氦原子和容器壁之間的吸附力還存在,這個力可以克服氦原子受到的重力。于是一個有趣的現象發生了,液氦會沿著光滑的容器壁慢慢向上爬,直到爬出容器,然后再沿著容器壁的外表面緩緩流下。黏性大的液體由于內部較大分子間吸引力會凝聚成一團,它與容器壁的吸附力遠遠不夠克服這一團分子的重力,因此不會有液體沿著容器壁向上爬的現象。
在一個U形容器內的超流體都會沿著容器壁向外爬,同時容器外的超流體會沿著容器壁向內爬。但是由于容器外的超流體重力勢能更高,爬進容器需要的時間更短。因此我們就會看到有更多的超流體從高液面的容器外,慢慢爬到低液面的容器內,于是形成了不需要管子的虹吸現象。
在一個半球形的玻璃容器中裝入-271℃的液氦,液氦會沿著容器壁慢慢爬出容器,再從容器外表面慢慢流到容器的底部,變成液滴,然后像眼淚一樣一滴一滴地落下。在實驗中還可以觀察到有趣的“超流噴泉”現象。如在容器內部置一小電爐對液氦超流體稍微加熱,超流體會形成一柱異常光滑美麗的小噴泉,這種美景只能在超流體這種無黏性的液體上看到。