虹吸原理說明

虹吸原理說明摘要：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]。2.2實驗解釋向左的壓強：，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。[2]2.4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，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[1]。3、應(yīng)用3.1虹吸原理在古代的應(yīng)用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。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，當然其前提條件是進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”。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。[3]。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”圖爾卡那胡圖7馬桶圖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。當虹吸現(xiàn)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。[7]。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：虹吸濾池它用抽真空來形成虹吸,以連通水流,用進空氣來破壞虹吸,以切斷水流。[9]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。當運行到一定時間后,濾池就需要反洗,反