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毛細管現象(もうさいかんげんしょう)とは、細い管状物体の内側の液体が管の中を上昇(場合によっては下降)する現象である。毛管現象とも呼ばれる。

表面張力・壁面のぬれやすさ・液体の密度によって液体上昇の高さが決まる。

以下、厳密性を無視した簡単な原理である。

#壁面のぬれやすさとの兼ね合いで管内の液面は水平ではなく、傾きをもっていることがある(ストローの中の液面を見れば、両端が壁面にそって高くなっている様子がわかる)。またガラス管では濡れ性の高い水の場合毛細管の液面は上昇するが、ガラスによってはじかれる水銀の場合は毛細管の液面は下降する。

#表面張力によって液面は縮まろうとする方向に力が加わっている。

#壁面付近の傾きをもった液面が縮まろうとすることによって結果的に水面を持ち上げる。つまり、液体の上昇する力は壁面付近の表面張力の垂直成分に等しい。

#上記の力と持ち上げた液体の重さがつりあうまで液面は上昇する。液体の重さは密度×体積(管断面積×高さ)で求まるが、細い管の場合はこの管断面積が微小となる。このため液面の上昇する高さは非常に大きいものとなる。

◆ 計算式

液面の上昇高さh(単位m)は、以下の公式で与えられる。

:

:T = 表面張力 (N/m)

:θ = 接触角

:ρ = 液体の密度 (kg/m³)

:g = 重力加速度 (m/s²)

:r = 管の内径(半径) (m)

また、海水面高度でガラス管と水の組み合わせの場合、

:T = 0.0728 N/m (20℃)

:θ = 20°

:ρ = 1000 kg/m³

:g = 9.80665 m/s²

このようになり、以下の式で液面の上昇高さを計算できる。

:.

直径0.1mmのガラス管の場合、液面の上昇は約28cmとなる。

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・毛細管現象 page1