水錘效應:水流的壓力衝擊
當管路中的水流急速變化時,會產生水錘效應,導致管內水壓突增或突降。具體而言,當水流流經管道,並在管道末端突然關閉時,停止的水流會與持續流動的水在管道內相遇,形成水流對撞。


這種對撞的力量會促使管道震動,發出叩、咚、碰等類似敲擊的聲響。此現象也被稱為「水擊」,在住宅環境中,除了會逐漸損壞管道外,其噪音還會造成相當大的困擾,讓人誤以為是鄰居製造的噪音。
水錘效應所產生的壓力會以水中的音速傳遞至管道的上游,並逐漸停止水流。當壓力波抵達上游出口時,壓力便會被釋放,導致管道中的水流往出口迴流。
由於出口已被關閉,迴流的水流會在閥門處產生負壓波,使水流接近靜止狀態。負壓波再次傳遞到上游出口,促使水流再次流入管道。
水流在管內持續震盪,強度會逐漸減小,直至停止。這種現象是由於管道壁阻力、水流進出阻力的影響所致。
當高速行駛的火車進入隧道時,也會對隧道內的空氣造成衝擊,而這種衝擊力會產生日錘效應,在隧道內傳遞並逐漸加速隧道內的空氣。
引起水錘效應的壓力與水流密度、音速以及流速變化相關。理想情況下,水錘效應產生的壓力等於水流密度乘以音速再乘以流速變化值。
因此,流速愈快,產生的壓力也會更大。在不考慮管道阻力的情況下,水流速度每秒變換一公尺,水錘效應產生的壓力約為每平方公尺 100 萬帕斯卡。
若管道面積為一平方公尺,則作用力可達 100 萬牛頓。台北動物園曾利用電磁閥代替抽水泵控制抽水,以解決因虹吸現象產生的水錘問題,同時也達到節水的目的。
水錘效應的解決方法
為了降低水錘效應帶來的衝擊,可以採取以下方法:
- 安裝逆止閥或減壓閥:調節水流壓力,避免水流相互碰撞。
- 安裝水錘吸收器:降低水錘效應的影響。
- 設置底閥、逆止閥或水錘吸收器:於抽水泵的水管處安裝這些設備,以降低水壓,避免管路和抽水泵損壞。
- 檢測減壓閥壓力:確認壓力值低於 2 公斤,避免震動。
若發現原本平靜的管道突然出現異常的噪音,建議請教專業水電人員,檢查逆止閥、減壓閥或水錘吸收器是否有故障,及時維修或更換,以維護居家環境的舒適與管路的耐用性。
表格:水錘效應的影響與解決方法
影響 | 解決方法 |
---|---|
管道震動、噪音 | 緩衝水流壓力 |
管道破裂 | 安裝保護裝置降低水壓 |
抽水泵浦損壞 | 設置底閥、逆止閥 |
水垂汞:化學反應之美
水垂汞是一種 faszinierende 現象,展現了水和汞這兩種截然不同的物質之間的獨特反應。當水滴接觸到汞表面時,它並不會像在其他表面一樣分散開來,而是形成一個半球形的液滴,宛如一顆小水珠懸浮在汞面上。這種現象就是所謂的「水垂汞」。
水垂汞形成的原因
水垂汞的形成是由於汞表面的高表面張力。水與汞之間的界面張力很高,這意味著水分子更傾向於與彼此結合,而不是與汞分子結合。因此,水滴會收縮成一個球形,以減少與汞的接觸面積。
此外,汞表面還有一層氧化物薄膜,進一步增加了水與汞之間的界面張力。這層氧化物薄膜主要是氧化汞,它與水之間存在排斥力。
- 表面張力測量:水垂汞可以用來測量液體的表面張力。通過測量水滴在汞面上的高度,可以計算出液體的表面張力。
- 金屬表面處理:水垂汞可以用於金屬表面處理,例如汞齊化。通過將金屬浸入水垂汞中,可以在金屬表面形成一層汞合金,從而改善其導電性、耐磨性和耐腐蝕性。
- 催化劑:水垂汞可用作催化劑,促進某些化學反應。例如,在 Haber-Bosch 工序中,水垂汞用於催化氮氣和氫氣反應生成氨。