有的液体为什么能沿着容器壁向上爬
相信大家都知道“人往高处走,水往低处流”的这句话的含义吧,这是都是因为地球引力的作用,他们不得不往更低的地方流动。比如河流就是通过不断的流动最终汇集到江海。但是对于人来说,他们都向往着高处,其实有的液体也是能沿着容器壁向上爬,这是为什么呢?
但是有一种液体例外,它可以沿着光滑的墙壁从低处流向高处,它就是“超流体”。与一般液体不同,超流体内部几乎完全没有“黏性”。黏性大小和液体里面的分子相互之间吸引力有关,黏性越大代表吸引力越大。水的黏性较小,油的黏性大于水,胶水的黏性大于油。超流体的黏性近似为零。
人类最早发现的超流体是接近绝对零度的液氦。当液氦的温度低于-271℃,液氦中氦原子之间的相互吸引力就会小到可以忽略,液氦就完全失去了黏性,变成超流体。虽然氦原子之间的吸引力消失了,但是氦原子和容器壁之间的吸附力还存在,这个力可以克服氦原子受到的重力。于是一个有趣的现象发生了,液氦会沿着光滑的容器壁慢慢向上爬,直到爬出容器,然后再沿着容器壁的外表面缓缓流下。黏性大的液体由于内部较大分子间吸引力会凝聚成一团,它与容器壁的吸附力远远不够克服这一团分子的重力,因此不会有液体沿着容器壁向上爬的现象。
在一个U形容器内的超流体都会沿着容器壁向外爬,同时容器外的超流体会沿着容器壁向内爬。但是由于容器外的超流体重力势能更高,爬进容器需要的时间更短。因此我们就会看到有更多的超流体从高液面的容器外,慢慢爬到低液面的容器内,于是形成了不需要管子的虹吸现象。
在一个半球形的玻璃容器中装入-271℃的液氦,液氦会沿着容器壁慢慢爬出容器,再从容器外表面慢慢流到容器的底部,变成液滴,然后像眼泪一样一滴一滴地落下。在实验中还可以观察到有趣的“超流喷泉”现象。如在容器内部置一小电炉对液氦超流体稍微加热,超流体会形成一柱异常光滑美丽的小喷泉,这种美景只能在超流体这种无黏性的液体上看到。