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大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的?

已有 7410 次阅读 2012-11-24 15:23 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦

大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的?
作者: mirror (*)
日期: 11/23/2012 23:06:27

请教:大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的?这个问题貌似好回答,但说韵乎了不易。

最常见的说法是毛细现象,所谓的Jurin法则:升高与半(直)径成反比。但是把水的表面张力(70mN/m)和树木的导管直径(10微米)带入后,得到的高度只有1m的量级。显然,毛细现象用来解释高度说不通。
毛细(管)现象的正确用法有些令人匪夷所思:所谓毛细管现象是说重力在这里已经不是支配性的作用了。毛细管中水柱的上升,已经标帜着对重力“叛逆”的开始。在这样的环境里再谈水柱带来的压力,显然就是立场的自相矛盾了。

毛细(管)现象的理论对“一个毛细管放在水中,当毛细管的长度小于毛细水柱时,水会不会从上面喷出来?为什么不能?”可以给出一个正确的答案:喷泉不可能存在(非量子条件下)。因为毛细(管)现象的界面需要一个凹面,而水要涌出管道需要一个凸面。这一凹一凸,好比那个什么,隔着一座山呢。

“一个粉笔,站立在水槽里”的问题,设计得不合理。因为要考虑到谁的蒸汽,没有蒸发就玩不了。问题可以分有、没有套。有套,意味着水从旁边没有蒸发,那么靠扩散,理论上可以到很远(高)的地方。远和高同样处理的理由是因为所谓毛细管现象是说重力在这里已经不是支配性的作用了。

没有套,意味着从外壁也有蒸发现象。这个蒸发现象必须受整个体系的热力学的支配。学(物理)化学的吴兄的回应,是这个思路,很是靠谱。外壁的蒸发与顶部蒸发的平衡,会限制水位上升的高度。具体的情况,设计个实验,不难得出结论。

回到植物的水分垂直输送的话题上,输送的动力应该说是来自树叶的水分蒸发。自由能中ST的部分是蒸发带来的能量变化。虽说不考虑重力的支配,但是能量守恒还是要保证的。S的变化带来了重力水的垂直输送做(负)功。这个过程中,导管中的水不能有相变,比如冻结或气孔。

植物高度的上限,送水不是问题。但是树干的强度是个问题。侧面的风力,会使高树折断。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。


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