虹吸原理說明

1、虹吸原理現(xiàn)象說明摘 要：本文論述了虹吸現(xiàn)象的基本原理，并根據(jù)實驗及公式推導(dǎo)具體闡述了其原理。本位主要介紹了虹吸的悠久歷史以及其在古、現(xiàn)代的應(yīng)用。虹吸現(xiàn)象在古代的主要應(yīng)用從最早的渴烏，到后來的唧筒、秤漏、蓮花漏都是虹吸原理的典型應(yīng)用；虹吸原理在現(xiàn)代社會也應(yīng)用于各行各業(yè):“鬼湖”的形成就是虹吸原理的“杰作”，還有馬桶、虹吸濾池、虹吸式屋面排水系統(tǒng)、洗胃、虹吸式咖啡壺等等都是虹吸原理制成的。關(guān) 鍵 詞：虹吸；唧筒；秤漏；蓮花漏；虹吸濾池 1、引言虹吸是一種歷史悠久的物理現(xiàn)象，同時它也是人們在生活中最常見的物理現(xiàn)象之一。虹吸現(xiàn)象不僅在古代有很豐富的應(yīng)用，它在現(xiàn)代生活中也有很廣泛的應(yīng)用。大家生活中的很多

2、事情都是靠虹吸原理來實現(xiàn)的，例如：給魚缸換水；汽車司機常用虹吸管從油桶中吸出汽油或柴油；在古代利用虹吸原理還可以做成計時工具；虹吸原理還可以應(yīng)用于水處理，如虹吸濾池等等。2、原理2.1 虹吸原理虹吸現(xiàn)象是液態(tài)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。由于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(nèi)的水面變成相同的高度，水就會停止流動。利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。1圖1 裝置示意圖2.2 實驗解釋用圖1所示的裝置來說明這種現(xiàn)象的原理,當(dāng)充滿水的管子將A、B兩個液面高度不同水槽連接后, C處受到向右的壓強為：向左

3、的壓強：，其中：為大氣壓。由于>, 所以有<。則液片C將向左移動, 即容器B中的水向容器A中流淌。只要B中的液面高于A中的液面,水就會流動不停,直到兩容器中的液面相平,即B中的水流完為止。22.4虹吸原理的歷史虹吸管是人類的一種古老發(fā)明，早再公元前1世紀(jì)，就有人造出了一種奇特的虹吸管。中國人很早就懂得應(yīng)用虹吸原理。應(yīng)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(xiàn)了灌溉用的渴烏。西南地區(qū)的少數(shù)民族用一根去節(jié)彎曲的長竹管飲酒，也是應(yīng)用了虹吸的物理現(xiàn)象。宋朝曾公亮武經(jīng)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(yīng)用虹吸原理

4、制作了唧筒。宋代蘇軾記載了四川鹽井中用唧筒把鹽水吸到地面。明代的種樹書中也講到用唧筒來澆灌樹苗的方法13、應(yīng)用3.1虹吸原理在古代的應(yīng)用圖2 唧筒虹吸是一種古老的現(xiàn)象，虹吸在古代的應(yīng)用很廣泛，可以說是應(yīng)用在各種方面：虹吸可以用于農(nóng)業(yè)灌溉，戰(zhàn)爭滅火，兒童玩具，也可以是用于計時的工具等。3.1.1渴烏中國古代的虹吸管。據(jù)后漢書·張讓傳記載,東漢中平三年(186)掖庭令畢嵐“作翻車、渴烏,施于橋西，用灑南北郊路”，是渴烏的最早記載。唐李賢在對張讓傳進(jìn)行注釋時,用“以氣引水上也”,說明渴烏依靠氣壓差引水的工作原理，當(dāng)然其前提條件是進(jìn)口端的高程高于出口端。唐杜佑所著通典載，渴烏可以“隔山取水”

5、。方法是以大竹筒套接成彎管,以麻漆封裹,密不透氣，跨過山巒，將臨水一端置于水面之下五尺，然后在出口端放松樺枝葉和干草等易燃物，點燃后，稍冷，筒內(nèi)形成相對真空，即可吸水而上。明清人又稱為過山龍，也用以由缸內(nèi)取酒。小型渴烏也用作刻漏的注水部件等。33.1.2唧筒如圖2所示就是中國古代應(yīng)用虹吸原理制作的唧筒。唧筒是戰(zhàn)爭中一種守城必備的滅火器。唧筒也是兒童游戲用的水槍。北宋王延德敘其所見當(dāng)?shù)鼐用耧L(fēng)俗，如：“以銀或輸(黃銅)為筒，貯水，激以相射，或以水交潑為戲，謂之壓陽氣，去病”。4 3.1.3秤漏圖3 秤漏圖3所示的就是秤漏，秤漏是一種特殊類型的漏刻，是用中國秤稱量流入受水壺中水的重量來進(jìn)行計時的儀器

6、。它有一只供水壺，通過一根虹吸管（即古代的渴烏）將水引到一只受水壺（稱為權(quán)器）中。權(quán)器懸掛在秤桿的一端，秤桿的另一端則掛有平衡錘。當(dāng)流入權(quán)器中的水為一升時，重量為一斤，時間為一刻。其以供水壺流出的水的重量作為計時標(biāo)準(zhǔn)，以秤桿作為顯時系統(tǒng)是秤漏的巧妙之處，且據(jù)測定秤漏的日誤差不大于1分鐘。 5 3.1.4蓮花漏 圖4 蓮花漏如圖4所示的就是。它是由一個受水壺，再用兩根叫“渴烏”的細(xì)管，利用虹吸原理，把放水壺中的水，逐步放到受水壺中，使受水。壺中水平面高度保持恒定。相等時間內(nèi)受水壺的水流速度恒定，據(jù)以測定時間。蓮花漏實物已不存在。東林寺晉僧慧安，在廬山的蓮花漏計時。于泉水上立十二葉芙蓉，因波水轉(zhuǎn)，

7、分定十二時。6 3.2在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用虹吸原理不僅在古代多方面的應(yīng)用，在現(xiàn)代生活中虹吸原理也有很重要的應(yīng)用：非洲的“鬼湖”圖爾卡那湖，現(xiàn)代生活中人人都離不開馬桶，用于水處理的虹吸濾池，用于雨水收集的虹吸屋面排水系統(tǒng)，用于醫(yī)療的洗胃等等。圖6 “鬼湖”圖爾卡那胡3.2.1鬼湖圖6所示的就是鬼湖。在非洲肯尼亞北部，有一望不盡的沙漠，沙漠上有一個奇怪的湖泊，時隱時現(xiàn)，被人們成為“鬼湖”，這就是非洲著名的圖爾卡納湖，又名碧玉湖。當(dāng)人們來到湖畔，之間碧波蕩漾，清澈照人，可是不一會遼闊的水面就消失得無影無蹤，成為一片茫茫沙漠。制造“鬼湖”的原因是由于在“鬼湖”附近可能有一個比“鬼湖”地勢高的地下空洞，貯

8、存著由別處滲流而來的地下水，并有一個類似虹吸泉那樣的地下坑道將“鬼湖”同地下空洞連接在一起。當(dāng)虹吸現(xiàn)圖7 馬桶象出現(xiàn)時，地下空洞里的水大量流出，便出現(xiàn)“鬼湖”，而由于“鬼湖”地處沙漠之上，即使水量再大，也會不消多大功夫就流到沙層下面或者滲流到別處去了。73.2.2馬桶圖7所示的就是虹吸式馬桶。虹吸式馬桶的原理：虹吸式座便器的結(jié)構(gòu)是排水管道呈“”型，在排水管道充滿水后會產(chǎn)生一定的水位差，借沖洗水在便器內(nèi)的排污管內(nèi)產(chǎn)生的吸力將便便排走，由于虹吸式座便器沖排是不是借助水流沖力，所以池內(nèi)存水面較大，沖水噪音較小。8圖8 虹吸濾池3.2.3虹吸濾池圖8所示的就是虹吸濾池虹吸濾池的工作原理：虹吸濾池它用抽

9、真空來形成虹吸,以連通水流,用進(jìn)空氣來破壞虹吸,以切斷水流。9圖9 虹吸式屋面排水系統(tǒng)在過濾過程中,每格濾池中的水位隨著濾料阻力的增大而升高,以保持等速過濾。當(dāng)運行到一定時間后,濾池就需要反洗,反洗時,首先破壞其進(jìn)水的虹吸現(xiàn)象,使水不再進(jìn)入該格濾池,當(dāng)水位下降顯著緩慢時,用真空系統(tǒng)形成反洗虹吸,反洗作業(yè)開始。當(dāng)反洗排出水較清時,立即破壞反洗虹吸,停止反洗,隨即啟動進(jìn)水虹吸管,投入運行。93.2.4虹吸式屋面排水系統(tǒng) 圖9所示的就是虹吸式屋面排水系統(tǒng)虹吸式屋面排水系統(tǒng)的工作原理：虹吸式屋面雨水排除系統(tǒng)是在一相流狀態(tài)下滿管流運行的。系統(tǒng)的工作原理符合水流運動的能量守恒及其轉(zhuǎn)化定律。連接管內(nèi)的壓力可

10、能是正壓也可能是負(fù)壓。隨著懸吊管的延伸管內(nèi)負(fù)壓值增大, 至懸吊管與立管的轉(zhuǎn)折處負(fù)壓值最大, 隨立管的下降負(fù)壓值減小, 至立管的某點壓力值為零, 其后壓力值為正壓并逐漸增大再逐漸減小, 從而系統(tǒng)在虹吸水力作用下工作。10圖10 洗胃3.2.5洗胃圖10所示的就是洗胃過程洗胃是指將胃管由口腔或鼻腔經(jīng)食管插入胃內(nèi)，利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液對胃腔進(jìn)行沖洗的方法。多用于誤服或自服有害物質(zhì)的病人。11胃管虹吸法是醫(yī)生給食物中毒病人洗胃常用的方法,操作方便。利用虹吸法給病人胸腔、腹腔穿刺放液,省時省力,相對于常規(guī)注射器抽吸法有一定的優(yōu)勢。12圖11 虹吸式咖啡壺3.2.6虹吸式咖啡壺圖11所示的

11、就是虹吸式咖啡壺煮咖啡時，下壺的水沸騰產(chǎn)生水蒸氣將水壓至上座，煮好后關(guān)火溫度下降，咖啡再被吸到下座。134、結(jié)論本文先闡述了虹吸現(xiàn)象的基本原理，用科學(xué)實驗推導(dǎo)并進(jìn)一步解釋了虹吸現(xiàn)象發(fā)生的原理，并說明了虹吸現(xiàn)象發(fā)生必須滿足的條件。對虹吸原理在古代的應(yīng)用如：最原始的渴烏，用于戰(zhàn)爭滅火或兒童玩具的唧筒，在為計時工具的秤漏和蓮花漏都是虹吸原理的典型應(yīng)用；對虹吸原理在現(xiàn)代的應(yīng)用如：發(fā)生在大自然中的“虹吸現(xiàn)象”-非洲“鬼湖”圖爾卡那湖，現(xiàn)代生活家家都離不開的馬桶，給水處理中的虹吸濾池，用于雨水收集的虹吸式屋面排水系統(tǒng)，用于醫(yī)療的洗胃，用于人們飲食方面的虹吸式咖啡壺等等都是虹吸原理制成的。從以上例子來看，虹吸原理不僅歷史悠久，在古代和現(xiàn)代都有很重要、種類很多的應(yīng)用，