流体力学 毛细现象.ppt

1 二 毛细现象 2 管内液面上升 或下降 的高度 1 毛细现象 由润湿和不润湿现象引起的 润湿管壁的液体在细管里升高 不润湿管壁的液体在细管里下降的现象 1 液体润湿管壁 毛细管刚插入水中时 管内液面为凹液面 PC P0 PB P0 B C为等高点 但PB PC 所以液体不能静止 管内液面将上升 直至PB PC为止 此时 细管称毛细管 2 2 液体不润湿管壁 毛细管刚插入水银中时 管内液面为凸液面 PC P0 PB P0 B C为等高点 但PB PC 所以液体不能静止 管内液面将下降 直至找到等压点为止 此时 3 例5在一根竖直插入水中的毛细管中 水上升的高度为5 8 10 2m 设水对玻璃完全润湿 若将此管插入水银中 水银对玻璃的接触角138度 水 7 3 10 2N m 汞 7 3 10 2N m 求 管中水银下降高度 4 例6在内半径r 0 3mm的细管中注水 水在管的下端形成一个水滴 其形状可以认为是半径R 3 0mm的球的一部分 已知水的表面张力系数 水 7 3 10 2N m 设管内弯曲液面的曲率半径与管内半径相同 求 管内水柱高度 5 五 悬着水和气体栓塞现象 水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升 叫毛细管上升水 土壤中的毛细管起着分配 保持土壤中的水分作用 土壤毛细管中存在的水叫悬着水 其在土壤毛细管中能保持的原因是 一 悬着水 当土壤温度变化时 悬着水两端温度不同 温度高的一端 值减小 导致该端Ps减小 使悬着水向温度低处移动 水分夜间向上移动 中午由表层向底层移动 6 重力水和吸附水不易被吸收 悬着水不会因重力而下落 悬着水会因温度改变而发生移动 悬着水两端出现温度差时 温度升高的一端的表面张力系数将小于温度低的一端 使液体向表面张力系数大的一端移动 即由高温处向低温处移动 水分夜间向上移动 中午由表层向底层移动 五 悬着水和气体栓塞现象 一 悬着水 毛细水 7 举例 病人输液 潜水员由深水上浮 植物高温下枯萎 二 毛细管的气体栓塞现象 如图 毛细管中有一段液体 液体左右两端压强相等 形成对称的弯液面 欲使液柱向右移动 则在左侧加一压强 P 这时两侧液面形状改变 右侧曲率半径增大 左侧曲率半径减小 产生向左的附加压强差来抵抗 P 当 P达到一定程度时 液柱才能移动 当毛细管中有很多气泡 则外加几个大气压都不能使液柱移动 形成栓塞 称气体栓塞现象 8 第三节弯曲液面上的饱和蒸汽压 一 蒸发和凝结 液体变成气体的过程称汽化过程 常温下的汽化过程称蒸发 其逆过程称凝结 是气体的液化过程 从微观角度看 动能大的分子从液面逸出 设其分子数为n逸 从外面返回的分子数设为n回 9 二 弯曲液面上的饱和蒸汽压 1 定性分析 1 微观分析 凹液面的分子逸出时所需做的功比平液面多 因为要克服斜线部分液体分子的引力做功 单位时间内逸出凹液面的分子数小于单位时间内逸出平液面的分子数 所以凹液面上的饱和蒸汽压小于平液面上的饱和蒸汽压 凸液面的分子逸出时所需做的功比平液面少 因为不需要克服斜线部分液体分子的引力做功 单位时间内逸出凸液面的分子数大于单位时间内逸出平液面的分子数 所以凸液面上的饱和蒸汽压大于平液面上的饱和蒸汽压 10 2 宏观分析 2 定量分析 设弯曲液面上的饱和蒸汽压为 平液面上的饱和蒸汽压为 1 凹液面 11 2 凸液面 弯曲液面上的饱和蒸汽压 凹液面 凸液面 12 三 应用 暖云 冷云 混合云 水蒸气 凝结 雨 3 熏烟防霜冻 2 云 1 人工降雨 水蒸气 凝华 雪 13 液体表面性质小结 一 表面张力 1 表面张力 f l 2 表面能 二 弯曲液面的附加压强 1 平液面 2 凸液面 3 凹液面 4