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虹吸

www.hy928.net 2018-11-23 19:03:22 点击: 网络

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虹吸

 

虹吸(syphonage)是利用液面高度差的作用力现象,将液体充满一根倒U形的管状结构内后,将开口高的一端置于装满液体的容器中,容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。

 

虹吸的实质是因为液体压强和大气压强而产生。因为h1<h2,,所以根据帕斯卡定律p=ρgh,装置中左管中的液体压强小于右管的液体压强,另外,在B点跟C点分别有大气压的作用,大气压表现为上低下高,但在此处B点与C间高度相对地球的大气压计算高度来说,可以忽略两者间的大气压强差值。所以,p1-ρgh1>p2-ρgh2,那么在A左端的压强就大于A右端的的压强,在大气压和液体压强的共同作用下,水朝一个方向移动。

特别提醒:(1)这不是什么连通器,连通器的概念是上端开口下端连通的仪器;(2)这里面有液体压强,也有大气压的作用,辟如没有大气压的作用,只有液体压强,那么管子中的水就会以A点为界线,左端往左流,右端往右流,中间形成一段真空层。

 

中文名虹吸 外文名syphonage 所属学科物理学 应用领域市政排水,金融

 

虹吸发现


中国人很早就懂得应用虹吸原理。应用虹吸原理制造的虹吸管,在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒,也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮《武经总要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。唧筒是战争中一种守城必备的灭火器。宋代苏轼《东坡志林》卷四中,记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。 [2]   [3] 
其书载:以竹为筒,“无底而窍其上,悬熟皮数寸,出入水中,气自呼吸而启闭之,一筒致水数斗。“明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法,对于虹吸原理,中国古代也有论述。 [4] 

汉朝的发明虹管灯也应用了这个原理,虹管灯也称釭灯,其灯体有虹管,灯体为带空腔的容器,内部盛清水,利用虹管(导烟管)将灯罩内的烟火导入灯体溶于水中,就可净化空气。

 

 南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》说:“瓶存二窍,以水实之,倒泻;闭一则水不下,盖(气)不升则(水)不降。井虽千仞,汲之水上;盖(气)不降则(水)不升。”有两个小孔的瓶子能倒出水,如果闭住一个小孔,另一个小孔外面的空气压力会比瓶里水的压力大,水就流不出来。 [3] 
唐代王冰《素问》注中,有关大气压力的物理现象记述得较清楚,王冰曰:“虚管溉满,捻上悬之,水固不汇,为无升气而不能降也;空瓶小口,顿溉不入,为气不出而不能入也。”指出一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来。 [2] 

宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现,说;“予幼时有道人见教,则剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶而银瓶铿然有声,盖火气使之然也;又依法放于壮夫腹上,挈之不坠。”在空瓶里烧纸,由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外,火熄灭后瓶里就形成负压,造成一定的真空,瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上。如果把瓶放在水里,水就立即涌入瓶里。 [4] 

明代庄元臣在《叔苴子·内篇》中也指出把葫芦勺倒压入水中,水并没有进入葫芦里,这是因为葫芦里有空气。 [5] 

  


虹吸原理


物理现象

管内最高点液体在重力作用下往低位管口处移动,在U型管内部产生负压,导致高位管口的液体被吸进最高点,形成虹吸现象。 [6] 

   

右图针对“管口气压差”说,如图,由于两边的气压基本相同,高位管口由于伸入液面的深度远低于低位管口伸入液面的深度,故从管口处来说,低位管口处的压强要大于高位管口处的压强,但液体仍会从高位容器流入低位容器。之所以会产生这种现象,是因为这里的压力仅仅只能传导到液体的上表面。所以低位的杯子里的管子虽然压力较高,但是无法传导到高位杯子里去,所以也无法阻止液体下落。 [6] 
  


虹吸应用

工程应用

上个世纪60年代,瑞典的几位科学家把虹吸的原理应用到现代建筑上去,最初解决了建筑屋面的雨水排水系统,当时在研究的初期,采用的是一种满管压力流的系统,从而在管道式屋面雨水排放系统方面取得了重大突破。虹吸原理在建筑排水,市政排水,水利工程等各方面均有应用。 [6] 

   


金融应用

虹吸金融理论认为技术面分析可以解决基本面对于利用内幕消息进行盈利群体,导致的基本面分析失效的局面,比如一个国家利用制造紧张关系影响商品价格进行风险投资盈利,这在金融信息化高度发达的现代社会是完全可能的,国际经济一体化已经形成了可以容纳国家财富的规模市场,如果利用内幕消息套利,在基本面有时非常难以判断,技术面就解决了这种不足,技术分析不是万能的,但没有技术分析的独立基本面分析显然无法规避许多未知事件。例如,一个军事争端地区决定进行和谈,如果这对国际社会稳定起到重要作用,同时国际黄金市场足够容纳这个国家的大笔对冲资金,该地区国家完全有可能利用黄金市场进行风险放大交易牟利,如果单从基本面分析,很难把握该事件的进展情况,但如果从技术面分析,则可以从相关市场数据得出正确的判断。在实际运用中,虹吸理论对各种实际投资品种投资有不同的认识,对纸黄金和实物黄金投资的理解为,长期持有将获得可靠的收益,由于黄金储量有限,而不断的加工使用和新需求增加,则会使包括黄金矿产储备在内的实际需求缺口增加,同时,有限的资源消耗会带动黄金价格上扬。虹吸理论对黄金保证金交易有三个方面的理解:第一、风险投资。第二、黄金产品套利。第三、黄金产品套期保值。 


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