液体的表面现象-总复习-陈莹莹.ppt

第3章 液体的表面现象 复习 教师：陈莹莹 *理学院 应用物理系1 目目 录录 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结 *理学院 应用物理系2 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象 液体分子间作用力显著，宏观上表现为不易压缩性 ，液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动 。 定居时间：液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。 *理学院 应用物理系3 1.1 液体的微观结构 说明 不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同。 当外力作用时间大于定居时间表现为液体的流动性 当外力作用时间小于定居时间 表现为固体特有的弹性形 变、脆性断裂等力学现象 液体表面像张紧的弹性薄膜一样，具有使液体表面收缩至最 小的趋势。 液体表面具有收缩作用的力，称为液体的表面张力。 1.2 液体的表面张力现象及其微观本质 液体的表面张力现象 *理学院 应用物理系4 1.2 液体的表面张力现象及其微观本质 液体表面张力的微观本质 *理学院 应用物理系5 从力的角度看，在宏观上 就呈现为表面张力。 液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大。 由势能最小原则，在没有外力影响下，液体应处于表面 积最小的状态。即液面具有收缩趋势，就像绷紧的膜。 从力的角度定义 称为表面张力系数，表示单位长度直线两旁液面的 相互作用拉力，单位为 N m -1 。 1.3 表面张力系数 *理学院 应用物理系6 表示液面增加单位表面积时，外力所需做的功 。 从做功的角度定义 表示液面增加单位表面积所增加的表面能。 从表面能的角度定义 （1）不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发 的液体表面张力系数小。 （2）同一种液体的表面张力系数与温度有关，温度越高， 表面张力系数越小。 （3）液体表面张力系数与相邻物质的性质有关。 （4）表面张力系数与液体中的杂质有关 。 1.3 表面张力系数 表面张力系数的基本性质 *理学院 应用物理系7 例半径为r =210-3mm的许多小水滴融合成一半径为R=2mm的 大水滴时 (水滴呈球状，水的表面张力系数 =7310-3Nm-1 保持不变)，求所释放出的能量。 解 大水滴的面积为 设小水滴数目为 n ，n 个小水滴的总面积为 在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则 表面张力系数 融合过程中释放的能量源于表面积 减少释放的表面能 则 1.3 表面张力系数 *理学院 应用物理系8 与水接触的油的表面张力系数 a=1.810-2Nm-1 ，为了使 1.010-3 kg 的油滴在水内散布成半径 r = 10-6m 小油滴 （a不变，油的密度为=900kgm-3），需要做多少功？ 例 设一个半径为R 的大油滴散布成N 个小油滴，表面积增加，因 而所需作的功为 解 油的质量 m 不变，则 可得： 1.3 表面张力系数 *理学院 应用物理系9 目目 录录 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结 *理学院 应用物理系10 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象 对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近 液面的两侧就形成压强差，称为附加压强。 其中 为液面内侧的压强， 为液面外侧的压强。 2.1 弯曲液面的附加压强 *理学院 应用物理系11 注意：附加压强正负，与方向无关，仅表示液面内外压强的 大小关系。 表面张力的合力f合的方向指向液面 内，与P0方向相同 f s Ps P2 凹液面 Ps P3 凸液面 f 表面张力的合力f合的方向指向空气 ，与P3方向相同 f f P0 s P0 2.1 弯曲液面的附加压强 *理学院 应用物理系12 球形液面的附加压强与表面张力系 数成正比，与液面的曲率半径成反比。 同理可证，对凹形液面 2.2 球形液面的附加压强 附加压强与表面张力的定量关系 *理学院 应用物理系13 df/ dfdf r A B C R dl R C A B 球形液泡内气体的压强为 2.2 球形液面的附加压强 球形液膜 附加压强与表面张力的定量关系 *理学院 应用物理系14 如果液面外大气压为P0，在平衡状态下， 球形液面内液体压强为 凹形液面内液体压强为 例 求 如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大 一小两个气泡。（假设肥皂薄膜厚度为定值） 如果打开连通管，气体会怎么运动？ 解 由肥皂泡内外气体压强差由肥皂泡内外气体压强差 打开连通管后打开连通管后气体将从气体将从B B 流向流向 A A 。 由于由于 所以所以 那么形成那么形成 B B 的肥皂薄膜最后会不会流经连通管，最后到达的肥皂薄膜最后会不会流经连通管，最后到达 A A ？ 2.2 球形液面的附加压强 *理学院 应用物理系15 目目 录录 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结 *理学院 应用物理系16 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象 液体对固体的润湿程度由接触角来表示。 接触角：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与 液体表面所夹的角，通常用表示。 当 时，液体润湿固体；当 时，液体不润湿固体 。 当 时，液体完全润湿固体；当 时，液体完全不 润湿固体。 润湿 不润湿 3.1 润湿和不润湿 *理学院 应用物理系17 润湿和不润湿取决于液体和固体的性质，是由附着层分 子力引起的。 毛细现象是由于润湿或不润湿现象和液体表面张力共同 作用引起的。 固 体 液体 如果液体对固体润湿，则 形成凹液面。附加压强向上， 管内液面升高，产生毛细现象 。 固 体 液体 如果液体对固体不润湿，则 形成凸液面，附加压强向下，管 内液面降低，产生毛细现象。 3.2 毛细现象 毛细现象产生的原因 *理学院 应用物理系18 3.2 毛细现象 R r h *理学院 应用物理系19 毛细管中液面上升或下降的高度 说明 若液体不润湿管壁，则 可