虹吸原理說明

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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(jī)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

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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

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(qiáng)為：

P、=P°-

向左的壓強(qiáng)：，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c[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(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

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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。

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”。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]

3.1.2唧筒

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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。

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

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),分定十二時。[6]

3.2在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用

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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。

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)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]

3.2.2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

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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]

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

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]囪只由TUN油油

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。

[9]

國1Q小丁叫才層而■排水玄妙

3.2.4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

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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

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。1⑵

3.2.6虹吸式咖啡壺

圖11所示的就是虹吸式咖啡壺

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。L13]

4、結(jié)論

木文先闡述了虹吸現(xiàn)象的基木原理,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)

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代的應(yīng)用如：發(fā)生在大自然中的“虹吸現(xiàn)象”一非洲“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，虹吸原埋不僅歷史悠久，

在古代和現(xiàn)代都有很重要、種類很多的應(yīng)用,相信在科學(xué)技

術(shù)的發(fā)展下,虹吸原理會應(yīng)用的更廣泛,給人們的生活帶來

更多的便利。

5.參考文獻(xiàn)

[1]

http://baike.baidu.com/view/355855.htm?fr=alaO1

[2]邰寶生,淺析虹吸原理.生活物理

[3]http://www.hudong.com/wiki/%E6%B8%B4%E4%B9%8C

[3]

http://www.cws.net.cn/kjeg/CWSArtic1e_View.asp?CWSN

ewsID=17071

[4]

http://hi.baidu.com/%BD%AF%C3%F41984/b1og/item/0444

OfIe27b2d8fflad57658.html

[5]

http://baike.baidu.com/view/603955.htm?fr=alaO_l

[6]http://baike.baidu.com/view/648850.htm

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[7]

http://hi.baidu.com/haohaoyel/blog/item/a45ebblf169

bd4f4elfe0b00.html

[8]

http://baike.baidu.com/view/2279954.htm?fr=alaO_l

[9]劉小明,楊雪松.虹吸濾池的