虹吸能使液面上升,那么它的能量来自哪里?

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虹吸能使液面在大气压作用下上升到曲管最高点,然后又在重力作用下下降到比原来液面更低的地方,这是常见的一种流体力学现象,即虹吸。在生活中肯定遇到过,假如有些家庭用的坐便器,有的是直冲坐便器,还有的是虹吸坐便器,而虹吸坐便器就是利用了虹吸过程现象。




虹吸现象发生条件

1、容器A液面高于容器B液面,虹吸本质是重力作用下的液体往低处流。2、最高点不超过容器A液面的高度,因为虹吸需要借助容器A液面的压力上升并越过最高点。3、管内必须有水充满。
题目说的,虹吸过程它的能量来自哪里?

如下图所示,在虹吸过程中,液体首先沿曲管左侧向上流动,以水往高处流来实现液体压力降低为代价,这里的液体压力就是能量。在曲管最高点压力降到为零,也就是说液体具备的动能源于左侧容器液位压力或大气压与曲管最高点压力的差异,使得液体克服阻力向上流动。现在,曲管右侧出口位置比较低,而此时最高点液体的重力势能最大,所以能克服阻力使液体向下流动,使压力增加到右侧容器的液面压力或是恢复大气压。


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虹吸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。

从虹吸的定义以及使用方法不难看出,虹吸的实质是由液体压强和大气压强而产生的。

首先,它是液面高差压强的结果。

我们都知道“水往低处流”这个道理,假设虹吸管是垂直与水面的,水自然而然就会从虹吸管较高一端流向较低一端,如果将虹吸管弯折成倒“U”型,使得“凸”面一端高于两端出水口,在保证虹吸管较高一端有足够进水情况下水流依然会继续。

其次,它是大气压强的结果。

同样,将虹吸管内注满水,当较高一端放入盛水池后,较低一端会在液体压强和大气压强作用下持续出水。这是因为,虹吸管内注满水,在较低一端持续出水后,可以理解为管内不断出现“真空”,而上游管道不断补水填充的现象。

虹吸现象在日常生活中应用较为广泛,比如卫生间马桶及地漏等为了隔离异味都应用了这一原理,同时在一些市政工程里也广泛应用了虹吸现象。


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液体从液面较高的容器通过一根弯曲的管子越过高处流入液面较低的容器的现象,叫做虹吸现象,这根弯曲的管子叫做虹吸管。虹吸现象发生的条件:(1)存在大气压;(2)虹吸管中要充满液体;(3)高于较高液面的液柱的压强不大于大气压。

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从油箱里往外抽油,抽水马桶等都会用到虹吸现象。在黄河中下游一带,还利用虹吸现象引黄河水进行农田灌溉。我国古代的公道杯,也是利用虹吸现象,



使倒入杯中的液体全部流入杯体中。因此,大家也能想到,魔术师倒入帽子中的水是如何消失的。

为说明虹吸现象的原理,我们在虹吸管出液口取一个液片,液片下面受到的压强是大气压,上面受到的压强是大气压与从出液口到高处的液面这段液柱的压强之和。显然,上面受到的压强大于下面受到的压强,所以,液片就要下降。不难看出,驱动力就来自虹吸管两边液面相差的这段液柱的重力。要说能量,就是这段液柱的重力势能。


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我们先来了解一下虹吸的原理:

虹吸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

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。


生活方法论


没学过初中物理


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