1661年4月10日,罗伯特·胡克(Robert Hooke)向皇家学会宣读了他撰写的小册子《解释实验现象的尝试》(An Attempt for the Explication of the Phaenomena),其中描述了毛细现象。
当时胡克担任罗伯特·波义耳(Robert Boyle)的实验助手,他注意到把细玻璃管置于水中后,玻璃管内的水面会上升,而且玻璃管越细,水面上升越高。在这本小册子中,胡克并没有正确解释这一现象,他认为这大概是由大气压施加于粗细不同的玻璃管造成的。
现在我们知道,像胡克发现的这种插入水中的细玻璃管液面上升的现象为毛细现象(毛细作用),其本质是由进入毛细管中液体表面张力作用产生的。
胡克还意识到,这种现象对生物和地理过程的影响。他思考水在树中的传输,以及水从土壤到植物根部的过程。
毛细现象的研究历史
1647年,奥托·冯·格里克(Otto von Guericke)发明了真空泵。十年后,他在马德堡当市长,演示了著名的半球实验:把两个通半球的空间抽成真空,需用十六匹马才能拉开。
罗伯特·波义耳(Robert Boyle)听说了格里克的实验,他非常激动,想到利用真空泵能做好多实验。波义耳就请伦敦的精密仪器制造商为自己制造了一个真空泵,但对方做不到。于是托马斯·威利斯(Thomas Willis)把胡克介绍给波义耳。胡克制造的真空泵达到了波义耳的要求,他们成为合作者,并开展了一系列开创性实验。
波义耳和胡克1660年把自己关于真空泵的实验发表在了《物理机械新实验》(New Experiments Physico-Mechanical)。他们发现了“波义耳定律”,即气体造成的压强和气体所占体积成反比。而他们对物理化学的贡献不仅是一项真空泵技术,而是在于他们提出的实验哲学,体现了对科学知识临时有效的本质认识,对重现性的要求,以及提出多种假说的方法等洞见。
在《物理机械新实验》中,就有关于毛细现象的最早描述。波义耳说,他听了一个数学家描述过毛细作用现象,于是和胡克开始重复这个实验,并发现“如果管子够细,那么水就会上升很高。”他俩考虑把其中一些管子弯成虹吸管,还用红酒替代水。波义耳认为“在场的人都认为,找到水上升的原因很难。因此我就不悉数列出大家的猜想了。”

胡克在1961年的《解释实验现象的尝试》重新回到毛细现象这个主题。他开展了数个实验,尝试了不同的管径大小,试图得出一个能解释的假说。他认为是不同材料本身的相互吸引和排斥,“空气和玻璃对水的吸引,比水和水之间的吸引要大。”当胡克后来了解到存在分子力,他又认为水的上升是因为管子中的气压低:“空气对水的压强,在细管中比在一般容器或粗管子中要大得多。”他在1665年的《显微图谱》(Micrographia)中重复了这一结论。
胡克的理论在此后的几十年间被接受,之后被罗杰·科特斯(Roger Cotes)证伪。他观察到真空中也存在毛细现象,因此毛细作用并不是气压差造成的。他简单的归纳原因是水和玻璃之间一种未知来源的力。
到了1805年,托马斯·杨(Thomas Young)和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)用数学描述了毛细作用,推导出了“杨-拉普拉斯公式”(Young-Laplace equation)。


资料来源:

https://ngwa.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gwat.12849
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