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都說水往低處流，然而馬拉高尼效應(yīng)卻告訴我們，熱水很可能會 “逆流而上” 。比如有人往開水里撒尿，那他就會因此被燙傷，這就是馬拉高尼效應(yīng)。

(資料圖片)

逆流而上的水

19世紀(jì)初，意大利科學(xué)家馬拉高尼進(jìn)行水力學(xué)研究時(shí)，對于液體在管道中流動的現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究。他設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)裝置，使用兩個(gè)相連的U形管道，其中一個(gè)管道放在水池中，另一個(gè)管道則呈向上傾斜的狀態(tài) 。當(dāng)他將水池中的水加熱時(shí)，他注意到管道中的水產(chǎn)生了一個(gè)向上的運(yùn)動，這表明熱水在管道中上升了。 馬拉高尼對這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象的本質(zhì)，這就是 馬拉高尼效應(yīng) 。

馬拉高尼效應(yīng)是指： 在密閉的管道中，當(dāng)管道的一端處于熱源中，而另一端處于較冷的環(huán)境中時(shí)，流體會因?yàn)闇囟炔町惗a(chǎn)生表面張力梯度。 根據(jù) “熱力學(xué)第二定律” ，流體會從高溫端向低溫端流動，以消除表面張力梯度。因此，在馬拉高尼效應(yīng)中， 流體會從熱端向冷端流動，從而產(chǎn)生逆流現(xiàn)象。

這就很好解釋了往開水里尿尿會被燙傷的原理。開水的溫度遠(yuǎn)比尿液的溫度高，再加上兩者的成分存在明顯差距（尿液中含有氨、尿素、無機(jī)鹽等成分），雙方之間就出現(xiàn)了明顯的表面張力梯度。 為了彌補(bǔ)這種差異，開水就會逆流而上，從而把人燙傷。

不過這種情況屬于極端情況。因?yàn)? 馬拉高尼效應(yīng)產(chǎn)生的作用力很小，除非你對著開水很近撒尿，否則一般不足以逆流而上那么高的距離。 而且離得近之后，最大的威脅其實(shí)是高溫的蒸氣和濺起水滴。

盡管如此，馬拉高尼效應(yīng)在日常生活中仍然具有重要意義。它不僅有理論研究價(jià)值，還有很多實(shí)際應(yīng)用，比如渦輪機(jī)就可以利用馬拉高尼效應(yīng)提高效率。

馬拉高尼效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用

在渦輪機(jī)中，液體流經(jīng)葉片時(shí)會受到葉片表面的阻力，從而減緩液體的流速。 那么為了提高渦輪機(jī)的效率，我們就可以通過加熱渦輪機(jī)葉片的一側(cè)來利用馬拉高尼效應(yīng)。

具體地說， 通過加熱渦輪機(jī)葉片的一側(cè)，可以使液體在葉片的這一側(cè)產(chǎn)生密度梯度，從而產(chǎn)生內(nèi)部流動。 這種內(nèi)部流動可以增加液體在葉片上的流動速度，從而減小液體受到葉片表面阻力的影響，提高渦輪機(jī)的效率。這種方法通常適用于一些高速旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)，例如航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等。它可以顯著提高渦輪機(jī)的效率，減少能源的浪費(fèi)，從而對環(huán)保和節(jié)能具有重要意義。

此外 馬拉高尼效應(yīng)還可以用來制作流量計(jì) 。這種流量計(jì)通常 由一個(gè)收縮段和一個(gè)擴(kuò)張段組成。 在收縮段中，由于管道橫截面積減小，液體的流速會增加，從而導(dǎo)致壓力降低。而在擴(kuò)張段中，管道橫截面積增大，液體的流速會減小，從而導(dǎo)致壓力增加。通過測量這兩個(gè)位置的壓力差，就可以計(jì)算出液體在管道中的流量。

馬拉高尼流量計(jì) 具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。 它可以用于測量各種液體的流量，包括水、油、化學(xué)品等。 由于不需要外部電源或機(jī)械部件，因此它的使用成本較低，維護(hù)也比較方便 。除了流量計(jì)，馬拉高尼效應(yīng)最重大的應(yīng)用，當(dāng)屬核反應(yīng)堆中的冷卻系統(tǒng)。

核反應(yīng)堆中的冷卻系統(tǒng)通常 由一系列管道、泵和散熱器等組成 。在核反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，核燃料會釋放出大量的熱量，這些熱量必須通過冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑來散發(fā)。為了確保核反應(yīng)堆的安全運(yùn)行，必須保證冷卻劑在整個(gè)冷卻系統(tǒng)中的流動速度和溫度分布均勻，從而避免出現(xiàn)熱點(diǎn)和其他不均勻的現(xiàn)象。

馬拉高尼效應(yīng) 可以通過在冷卻系統(tǒng)中設(shè)置適當(dāng)?shù)氖湛s段和擴(kuò)張段來控制冷卻劑的流動 。在收縮段中，管道的橫截面積逐漸減小，從而使冷卻劑的流速增加。由于馬拉高尼效應(yīng)的影響， 流速增加會導(dǎo)致管道內(nèi)的壓力降低，從而在收縮段與擴(kuò)張段之間形成一個(gè)壓力差，從而使冷卻劑在擴(kuò)張段中形成一個(gè)向外凸起的形狀。 這種凸起形狀可以使冷卻劑的流速分布更加均勻，從而避免出現(xiàn)熱點(diǎn)和其他不均勻的現(xiàn)象。

例如，核反應(yīng)堆中的熱管就是一種利用馬拉高尼效應(yīng)來控制冷卻劑流動的裝置。 熱管通常由兩個(gè)端口和一個(gè)內(nèi)部充滿液體的管道組成，液體在管道內(nèi)不斷循環(huán)，從而將熱量從一個(gè)端口傳遞到另一個(gè)端口。 由于熱管中液體在收縮段和擴(kuò)張段中產(chǎn)生不同的壓力，從而使得液體的流速分布更加均勻，從而實(shí)現(xiàn)了對冷卻劑流動的控制。

除了這些科研上的應(yīng)用，我們普通人其實(shí)也可以常常見到馬拉高尼現(xiàn)象。

葡萄酒的眼淚

在葡萄酒行業(yè)，有一種叫做 葡萄酒的眼淚（tears of wine） 的說法。這是指 在葡萄酒杯中，酒液上下滑動時(shí)，杯壁上形成的酒液滴狀物。 它形似“眼淚”，有時(shí)也被稱為“葡萄酒的腿”，因?yàn)樗鼈兛雌饋硐褚后w在杯壁上形成的細(xì)長腿狀物。一般的品酒師們常常會觀察它來對葡萄酒的品質(zhì)做出判斷，這是因?yàn)檠蹨I的產(chǎn)生與馬拉高尼效應(yīng)有關(guān)。

葡萄酒中含有多種化學(xué)物質(zhì)，包括水、乙醇、酸、糖、鞣質(zhì)、色素等。其中， 乙醇是葡萄酒中的主要成分，它的表面張力比水大，因此在杯壁上形成的液體滴狀物會比水更加穩(wěn)定。 此外，葡萄酒中的酸度和糖分也會影響眼淚的形成。如果 葡萄酒的酸度較高，眼淚會更加明顯， 因?yàn)樗峥梢越档鸵后w的表面張力；而如果葡萄酒的糖分較高，眼淚則會較少或者不出現(xiàn)，因?yàn)樘强梢栽黾右后w的粘度，使得它不容易在杯壁上形成滴狀物。

眼淚的出現(xiàn)不僅是一種視覺上的美感，也反映了葡萄酒的品質(zhì)和口感。 一般來說，眼淚越多越細(xì)膩，說明葡萄酒的酒精度高、口感圓潤、質(zhì)量好；反之則可能說明葡萄酒質(zhì)量較差。因此，在品嘗葡萄酒時(shí)，人們通常會觀察眼淚的情況，作為評價(jià)葡萄酒品質(zhì)的一個(gè)參考。當(dāng)然也并不是只有葡萄酒存在這個(gè)現(xiàn)象，在我國的白酒中，同樣有類似評判方法，不過名字叫做“掛杯”，一般認(rèn)為： 杯子上的馬拉高尼效應(yīng)越明顯，白酒就越濃稠芳香。

當(dāng)然這種方式并非絕對準(zhǔn)確，因?yàn)獒劸乒S完全可以摻雜其他成分，增強(qiáng)馬拉高尼效應(yīng)的表現(xiàn)。畢竟現(xiàn)代生活充滿了科技與狠活。

總結(jié)

此外，馬拉高尼現(xiàn)象也能解釋一些逆流污染問題。據(jù)報(bào)道， 近些年河流上游也會受到下游污染，一些下游派出的污染物質(zhì)，其成分也會在上游檢測到，就是因?yàn)轳R拉高尼效應(yīng)使它們“逆流而上”。 因此我們在保護(hù)河流生態(tài)的時(shí)候，通常不僅要保護(hù)上游和源頭，在下游也嚴(yán)加管控。

總之，馬拉高尼效應(yīng)是一種由密度差異引起的流動現(xiàn)象，在管道中經(jīng)常出現(xiàn)?？茖W(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)證明了該效應(yīng)的存在，并且利用該效應(yīng)進(jìn)行了一些實(shí)際應(yīng)用。通過研究馬拉高尼現(xiàn)象，我們知道不能對著開水“尿尿”，同時(shí)幫助我們了解了日常生活中的一些現(xiàn)象，比如葡萄酒的眼淚和“掛杯”現(xiàn)象。還是那句話： 學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕。

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