李偉才

筆名李逆熵,為香港著名科普、科幻作家,音響「發燒友」。1985年香港十大傑出青年,亦為香港科幻會會長。現在謎米香港節目《浩浩熵熵》節目主持人。

考考大家一個問題:為什麼一張保鮮紙不能用來抹汗,但一條毛巾或紙巾卻可以?

 

這個問題看似十分平凡,但事實卻是,科學中不少偉大的發展,都是在研究平凡的事物時作出的。例如上述這個問題,背後的原因便牽涉到自然界中一個重要的現象,這個現象稱為「毛細管作用」(capillary action)。

 

這個作用是指當一些液體遇上一些很窄的管道時,液體會被吸進管道之內的傾向。而毛巾或紙巾與保鮮紙的主要分別,是因為它們由纖維所組成,所以表面都有包含著很多細微的管道(孔道),這些孔道透過了毛細管作用把水分吸走,於是可以用來拭汗。

 

要更好地示範這一作用,我們可以用直徑不同的飲管(最好是透明的玻璃管)垂直地放進一盤水中(但不要碰到盤底)。我們會看到:在穩定下來之後,管子內的水平面會較之外的略高,而且管子直徑愈小,升高的程度便愈厲害。為什麼會這樣呢?原來水分子之間因為互相吸引會產生一種「內聚力」(cogesive force,亦是「表面張力」的成因),但水分子與管道內壁的物質也會相互吸引而產生「附著力」(adhesive),而當「附著力」大於「內聚力」時,便會產生一種牽引力。在微細的管子內,這種牽引力便可以克服水的重量而把水面提升。(見附圖)

 

這種毛細管作用對生物極其重要。植物之所以能夠吸取和在體內輸送水分,全賴根部和莖部的這種作用。我們可以用一些白色花朵(如康乃馨)來作示範:如果我們在盛載康馨的花瓶中倒進一樽藍色的墨汁,則只要我們靜候數十分鐘,便會看見藍色的水分在沿著花朵你莖部慢慢向上移動,最後令康乃馨的花瓣逐漸變為藍色。當然,如果我們採用紅色的染料,則花瓣會逐漸變成紅色。

 

我們也可以只用紙巾來作示範:取來一個空玻璃杯和一個盛載著顏色水的玻璃杯,然後把一張厚紙巾卷成條狀。如今我們把紙條的一端浸到顏色水之中,另一端則放到空玻璃杯之中,我們會看到顏色水會被紙條吸升並轉移到空杯之中(但過程要數分鐘)。如果我們有耐性等候多個小時,一半的水會被轉移,直至兩杯水的分量相同為止。

 

毛細管作用也常被用到我們的日常生活之中。例如毛筆和鋼筆之可以吸滿墨汁讓我們可以進行書寫,就是這種作用的結果。又例如在沒有電燈之前人們所用的油燈,火焰之能夠不斷燃燒,便是因為燈芯不斷把燈油吸到火焰之處。

 

即使在現代科學中,毛細管作用也可幫助科學家透過一種叫「紙色層分析法」(paper chromatography)的方法來進行化學分離,因為如果溶液中含有分子結構和大小皆各有不同的成分,它們因為毛細管作用而在紙張中滲透的速度便會有所不同。透過一定的程序,科學家便可以把這些不同的成分分離,然後進一步化驗以找出溶液中到底包含著什麼化合物。

 

李偉才facebook 專頁:https://www.facebook.com/DrEddyLee

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