大学物理ppt4 西农

1、 与与固体固体接触的液体表面存在接触的液体表面存在润湿和不润湿现象润湿和不润湿现象； 上述两种现象使得即毛细管中的液体有上述两种现象使得即毛细管中的液体有毛细现象毛细现象。 与与气体气体接触的液体表面存在接触的液体表面存在表面张力表面张力现象，从而使现象，从而使 弯曲液面内外有压强差，即弯曲液面内外有压强差，即附加压强附加压强； 本章的主要内容：本章的主要内容： 3.1 液体的表面张力液体的表面张力 一、液体的微观结构一、液体的微观结构 液体液体分子间作用力分子间作用力显著，显著，宏观上表现为 宏观上表现为不易压缩性不易压缩性； 液体分子在平衡位置附近做液体分子在平衡位置附近做振动振动和在液体

2、内和在液体内移动移动。 液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。分子的定居时间：分子的定居时间： 不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同。不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同。 在液体与气体的在液体与气体的分界面处分界面处，厚度等于分子有效作用半径的，厚度等于分子有效作用半径的 那层液体称为那层液体称为液体的表面液体的表面。 当外力作用时间大于定居时间当外力作用时间大于定居时间 表现为液体的流动性表现为液体的流动性 当外力作用时间小于定居时间当外力作用时间小于定居时间 表现为表现为固体所特有的弹性形固体所特有的弹性形 变、脆性断裂等力学现象变、

3、脆性断裂等力学现象 二、液体的表面张力现象及微观本质二、液体的表面张力现象及微观本质 液体表面像张紧的弹性膜一样，具有液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势收缩的趋势。 （1 1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合；）毛笔尖入水散开，出水毛聚合； （2 2）蚊子能够站在水面上；）蚊子能够站在水面上； （3 3）钢针能够放在水面上；）钢针能够放在水面上； （4 4）荷花上的水珠呈球形；）荷花上的水珠呈球形； （5 5）肥皂膜的收缩。）肥皂膜的收缩。 液体表面具有收缩趋势的力，液体表面具有收缩趋势的力， 这种存在于液体表面上的张力称为这种存在于液体表面上的张力称为 表面张力表面张力。 说明：说明：力的

4、作用是均力的作用是均 匀分布的，力的方向与匀分布的，力的方向与 液面相切；液面相切；液面收缩液面收缩 至最小。至最小。 表面张力的微观本质表面张力的微观本质是表面层分子之是表面层分子之 间相互作用力的不对称性引起的。间相互作用力的不对称性引起的。 三、表面张力系数的定义三、表面张力系数的定义 1 1、从力的角度定义、从力的角度定义 Lf A B (1)(2) f f A B (2) f (1) f 称为表面张力系数，表示称为表面张力系数，表示单位长度直线单位长度直线 两旁液面的相互作用拉力两旁液面的相互作用拉力，在国际单位制，在国际单位制 中的单位为中的单位为 N m -1 。 如图所示，设想

5、的如图所示，设想的 AB 线段将液体线段将液体 表面分成（表面分成（1 1）和（）和（2 2）两个部分，则它）两个部分，则它 们之间有表面张力相互作用，们之间有表面张力相互作用，方向方向与液与液 体表面相切、体表面相切、大小大小与线段与线段AB的长度的长度L L成成 正比：正比： 2 2、从做功的角度定义、从做功的角度定义 细金属丝细金属丝AB 在宽为在宽为 L 的金属架上要保持的金属架上要保持 静止，需向右施加外力：静止，需向右施加外力： LF2 f f F F 做功为：做功为：xFWxL 2S S 指的是这一过程中液体表面积的增量，指的是这一过程中液体表面积的增量， S W 表示表示增加单

6、位表面积时，外力所需做的功增加单位表面积时，外力所需做的功 3 3、从表面能的角度定义、从表面能的角度定义 由能量守恒定律，外力由能量守恒定律，外力 F 所做的功完全用于克服表面张力，所做的功完全用于克服表面张力， 从而转变为从而转变为液膜的表面能液膜的表面能 E 储存起来，即：储存起来，即： SWE即即 S E 表示表示增大液体单位表面积所增加的表面能增大液体单位表面积所增加的表面能 四、表面张力系数的基本性质四、表面张力系数的基本性质 1 1、表面张力系数与液体表面张力系数与液体种类种类有关。密度小、容易蒸发的液有关。密度小、容易蒸发的液 体表面张力系数小。体表面张力系数小。 2 2、表面

7、张力系数与表面张力系数与温度温度有关，温度越高，表面张力系数越小。有关，温度越高，表面张力系数越小。 3 3、液体表面张力系数与液体表面张力系数与相邻物质的性质相邻物质的性质有关。有关。 4 4、表面张力系数与表面张力系数与液体中的杂质液体中的杂质有关。有关。 1 1、拉脱法、拉脱法（焦利秤焦利秤） 水膜的对金属框的作用力为水膜的对金属框的作用力为 Lf 当拉起的当拉起的水膜处于即将破裂的状水膜处于即将破裂的状 态态时，两个表面近似在竖直平面内，时，两个表面近似在竖直平面内， 此时用焦利秤对金属框的作用力：此时用焦利秤对金属框的作用力： LmgfmgF22 则液体表面的张力系数：则液体表面的张

8、力系数： L mgF 2 五、表面张力系数的测定五、表面张力系数的测定 将质量为将质量为 m 的待测液体吸入的待测液体吸入移液管移液管内，然后内，然后 让其缓慢地流出。让其缓慢地流出。 当液滴即将滴下时，表面层将在颈部发生断当液滴即将滴下时，表面层将在颈部发生断 裂。此时裂。此时颈部表面层的表面张力均为竖直向上，颈部表面层的表面张力均为竖直向上， 且合力正好支持重力。且合力正好支持重力。 2、液滴测定法、液滴测定法 用附有目镜测微尺的望远镜测得断裂痕的直径为用附有目镜测微尺的望远镜测得断裂痕的直径为 d ，移液，移液 管中液体全部滴尽时的总滴数为管中液体全部滴尽时的总滴数为 n ，则每一滴液体

9、的重力为：，则每一滴液体的重力为： n mg G 所受的表面张力为：所受的表面张力为：df 则有则有 n mg d 即即 dn mg 则大水滴的面积为则大水滴的面积为 nrS 2 1 4 2 2 4 RS 例例 解解 设小水滴数目为设小水滴数目为 n ，n 个小水滴的总面积为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，则在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则 33 3 4 3 4 Rnr 3 3 r R n 表面张力系数表面张力系数 S E 求求所释放出的能量所释放出的能量 融合过程中释放的能量融合过程中释放的能量 SE 2 ) 1(4R r R )44(

10、22 Rnr 半径为半径为r =210-3mm的许多小水滴融合成一半径为的许多小水滴融合成一半径为R=2mm 的大水滴时。的大水滴时。( (假设水滴呈球状，水的表面张力系数假设水滴呈球状，水的表面张力系数 =7310-3Nm-1 在此过程中保持不变在此过程中保持不变) ) 与水接触的油的表面张力系数与水接触的油的表面张力系数 =1.810-2Nm-1 ，为了使，为了使 1.010-3 kg 的油滴在水内散布成半径的油滴在水内散布成半径 r = 10-6m 小油滴，小油滴， （散布过程可以认为是等温的，油的密度为散布过程可以认为是等温的，油的密度为=900kgm-3）。）。 设设一个一个半径为半

11、径为R 的的大油滴等温地散布成大油滴等温地散布成N N 个小油滴，个小油滴，因而因而 所需作的功为所需作的功为 SW)(4 22 RNrS 例例 解解 油的质量油的质量 m 不变，则不变，则 3 3 4 Rm 3 4 3 r m N 31 4 3 m R 3 3 4 rNm 求求需要作多少功需要作多少功 J1006 2 .W 可得：可得： 表面张力的微观本质表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不对称是表面层分子之间相互作用力的不对称 性引起的。性引起的。 从从能量的角度能量的角度来解释表面张力存在的原因。来解释表面张力存在的原因。 分别以液体表面层分子分别以液体表面层分子A 和内和内

12、 部分子部分子B为球心、分子有效作用距为球心、分子有效作用距 离为半径作球（离为半径作球（分子作用球分子作用球）。）。 对于液体内部分子对于液体内部分子 B ，分子作用球内，分子作用球内 液体分子的分布是液体分子的分布是对称的对称的； A B B 从统计上讲，其受力情况也是对称的，从统计上讲，其受力情况也是对称的， 所以沿各个方向运动的可能性相等。所以沿各个方向运动的可能性相等。 对于液体表面层的分子对于液体表面层的分子 A，分子作用球中有，分子作用球中有 一部分在液体表面以外，分子作用球内下部液体分一部分在液体表面以外，分子作用球内下部液体分 子密度大于上部；子密度大于上部； 当液体内部分子

13、移动到表面层中时，就要克服上述指向液当液体内部分子移动到表面层中时，就要克服上述指向液 体内部的分子引力作功，这部分功将转变为分子相互作用的势体内部的分子引力作功，这部分功将转变为分子相互作用的势 能。所以能。所以液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大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。小的状态。 从从力的角度力的角度看，就是有表面张力存在。看，就是有表面张力存在。 统计平均效果统计平均效果所受合外力指向液体内部所受合外力指向液体内部，因，因 此有向液体内部运动

14、的趋势。此有向液体内部运动的趋势。 A fL 3.2 3.2 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强 对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠 近液面的两侧就形成一压强差，称为附加压强。近液面的两侧就形成一压强差，称为附加压强。 外内 PPP s 其中，其中， 为液面内侧的压强，为液面内侧的压强， 为液面外侧的压强。为液面外侧的压强。 内 P 外 P 一、弯曲液面的附加压强一、弯曲液面的附加压强 01 PP 0 01 PPPPP s外外内内 ff P0 P1=P0 s 即即 水平液面水平液面: S f PP 合合 02 小薄层液片小薄层液片所受

15、表面张力的合力所受表面张力的合力 的方向与凸面法线方向相反，所以的方向与凸面法线方向相反，所以 合合 f f s P0 Ps P2 凹形液面凹形液面 Ps P3 03 P S f P 合合 表面张力的合力方向不同，决定了表面张力的合力方向不同，决定了 是是 还是还是0 s P s P 0 s P 凸形液面凸形液面 f 所受表面张力的合力所受表面张力的合力 的方向与的方向与 凹面法线方向相反，所以凹面法线方向相反，所以 合合 f f f P0 s =P0+Ps =P0-Ps 0 02 PPPPP s外外内内 0 03 PPPPP s外外内内 二、球形液面的附加压强二、球形液面的附加压强 df/

16、df df r A B C R lfdd 作用在作用在d l 液块上的表面张力液块上的表面张力 sindsinddlff cosdcosddlff / 表面张力的合力为表面张力的合力为 sinddlfff sin2dsinrl 由于由于 ， R r sin所以所以 R r f 2 2 Rr f PS 2 2 得得 球形弯曲液面的附加压强与表面张力系数成正比，与液面球形弯曲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。的曲率半径成反比。 同理可以证明同理可以证明, 对于凹形液面对于凹形液面 R Ps 2 如图：如图： dl 如图所示：如图所示：阴影大圆将球形液滴（半径阴影大圆将球

17、形液滴（半径 为为R）分成两半，它们之间相互产生的表面）分成两半，它们之间相互产生的表面 张力为张力为 。R2 内压力作用在大圆上，为内压力作用在大圆上，为 ；外；外 压力垂直作用在半球面上，与其均匀作用压力垂直作用在半球面上，与其均匀作用 在其投影面大圆上，效果相当，为在其投影面大圆上，效果相当，为 2 RP 内 2 RP 外 RRPP2)( 2 外内 R PPP S 2 外内 球形液面附加压强的另一种算法球形液面附加压强的另一种算法 液滴受力平衡时：液滴受力平衡时： 内 P 外 P 如果液面外大气压为如果液面外大气压为P0，在平衡状态下：，在平衡状态下： 凸球形液面内凸球形液面内液体压强为

18、液体压强为 凹球形液面内凹球形液面内液体压强为液体压强为 R PP 2 0 R PP 2 0 R 球形液膜：球形液膜： C A B 液膜外表面为凸液面，有液膜外表面为凸液面，有 R PP AB 2 液膜内表面为凹液面，有液膜内表面为凹液面，有 R PP CB 2 所以所以液膜内外压强差液膜内外压强差为为 R P S 4 解解 例例 求求 如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大如图所示的装置中，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）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？如果打开连通管，气体会怎么运动？ 由肥皂泡内

19、外气体压强差由肥皂泡内外气体压强差 A A R PP 4 0 B B R PP 4 0 打开连通管后打开连通管后气体将从气体将从B 流向流向 A 。BA RR BA PP 由于由于 所以所以 那么形成那么形成 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 ？ 在水下深度为在水下深度为 30cm 处有一直径处有一直径d = 0.02mm的空气泡。设水的空气泡。设水 面压强为大气压面压强为大气压 P0= 1.013105Pa, 水 水= 1.0 103kgm-3, 水 水= 72 10-3 Nm-1。 气泡内空气的压强。气泡内空气的压强。 解解 例例 求

20、求 d h P0 s PPPP 水0 R ghP 2 0 3 3 35 10010 10722 30891001100131 . . =1.186105Pa 弯曲液面是如何形成的呢弯曲液面是如何形成的呢 ? 3.3 毛细现象毛细现象 一、润湿和不润湿一、润湿和不润湿 附着层：附着层：在液体与固体接触面上厚度为液体分子有效作用半径的在液体与固体接触面上厚度为液体分子有效作用半径的 液体层。液体层。 是由附着层分子力引起的是由附着层分子力引起的 润湿润湿 不润湿不润湿 内聚力：内聚力：液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力 附着力：附着力：固体分子对附着层内液

21、体分子的吸引力 固体分子对附着层内液体分子的吸引力 润湿和不润湿决定于润湿和不润湿决定于液体和固体的性质液体和固体的性质。 内聚力内聚力大于大于附着力附着力 A不润湿不润湿 内聚力内聚力小于小于附着力附着力 A 润湿润湿 f f 液体对固体的润湿程度由液体对固体的润湿程度由接触角接触角来表示。来表示。 接触角：接触角：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与液体表 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。面所夹的角。 通常用通常用q q 来表示。来表示。 液体液体润湿润湿固体；固体；当当 时，时， 2 q 当当 时，时， 2 q 液体液体不润湿不润湿固体；固体； 当当 时，

22、时， 0q 液体液体完全润湿完全润湿固体；固体； 当当 时，时， q 液体液体完全不润湿完全不润湿固体；固体； q q 润湿润湿 q q 不润湿不润湿 二、毛细现象二、毛细现象 将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹液面，将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹液面， 液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成凸液面，液体液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成凸液面，液体 将在管内下降。这种现象称为将在管内下降。这种现象称为毛细现象毛细现象。 h h 能够产生毛细现象的细管称为能够产生毛细现象的细管称为毛细管。毛细管。 1、毛细现象产生的原因、毛细现象产生的原因 毛细现象

23、毛细现象是由于是由于润湿或不润湿现象润湿或不润湿现象和和液体表面张力液体表面张力共同作共同作 用引起的。用引起的。 固固 体体 液体液体 如果如果液体对固体润湿液体对固体润湿， 则接触角为则接触角为锐角锐角。 固固 体体 液体液体 h 如果如果液体对固体不润湿液体对固体不润湿， 则接触角为则接触角为锐角锐角。 h 容器口径非常小，附加压强的存在容器口径非常小，附加压强的存在 将使将使管内液面升高管内液面升高，产生，产生毛细现象毛细现象。 容器口径很小，附加压强的存在容器口径很小，附加压强的存在 将使将使管内液面降低管内液面降低，产生，产生毛细现象毛细现象。 设管内液面为一半径为设管内液面为一半

24、径为 R 的凹球面的凹球面 qcosRr 附加压强为：附加压强为： 0 PPP As r PP A qcos2 0 即即 2、毛细管中液面上升或下降的高度、毛细管中液面上升或下降的高度 如图，一截面半径为如图，一截面半径为 r 的毛细圆管，的毛细圆管， 液体润湿管壁，接触角为液体润湿管壁，接触角为q q 。 由几何关系可知：由几何关系可知： R R 2 r qcos2 CB A r 0 P 又ghPP AB 且且0 PPP CB gr h qcos2 得：得： h 若液体不润湿管壁，则若液体不润湿管壁，则 gr h qcos2 可得可得：q 2 0 润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的润

25、湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的 表面张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。表面张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。 管内液面管内液面下降下降。 在完全润湿或完全不润湿的情况下，在完全润湿或完全不润湿的情况下，q q = 0 = 0 或或q q = = ，则：，则： gr h 2 气体栓塞现象气体栓塞现象 如果让液体流动起来，表面会有什么变化呢？如果让液体流动起来，表面会有什么变化呢？ 如图所示的实验装置，当活塞不施加压强（如图所示的实验装置，当活塞不施加压强（ 假设假设 活塞下的气柱中压强为大气压活塞下的气柱中压强为大气压P0 ）时，即）时，即 gr h qcos2 给活塞

26、施加压强并逐渐增大，发给活塞施加压强并逐渐增大，发 现现当施加的压强很小时，液面并不降当施加的压强很小时，液面并不降 低低，只是液面的曲率半径变小了。，只是液面的曲率半径变小了。 只有当压强增加到一定程度液面才下降。只有当压强增加到一定程度液面才下降。 这是由于这是由于液体具有黏滞性液体具有黏滞性，当给活塞施加一较小压强时，只是，当给活塞施加一较小压强时，只是凹形液凹形液 面的曲率半径变小面的曲率半径变小了，附加压强增大，了，附加压强增大， 液面下压强仍然能够保持不变，即液面下压强仍然能够保持不变，即 液面不下降。液面不下降。 逐渐增大右端的压强，刚开始液滴并不移动，只是右液面的曲率逐渐增大右

27、端的压强，刚开始液滴并不移动，只是右液面的曲率 半径减小；只有当压强增量超过一定的限度半径减小；只有当压强增量超过一定的限度 时，液滴才开始移动。时，液滴才开始移动。P 这种现象对生物毛细管中液体的流动有影响。这种现象对生物毛细管中液体的流动有影响。 如图：如图： PPPP P P 如果毛细管中有如果毛细管中有 n 个液滴，根据上述讨论，如果最左边弯液面处压强为个液滴，根据上述讨论，如果最左边弯液面处压强为 P ； 同理，要使第二个液滴移动，第二个气泡中的压强必须必须大于同理，要使第二个液滴移动，第二个气泡中的压强必须必须大于 P + 2P 。 P +PP + 2P 如果要使这如果要使这 n

28、个液滴移动，则最右端必须施以大于个液滴移动，则最右端必须施以大于P + nP 的压强。的压强。 P + 3PP + nP 当液体在毛细管中流动时，如果管中出现气泡，液体的流动会受阻，当液体在毛细管中流动时，如果管中出现气泡，液体的流动会受阻， 如果气泡产生得多了，就会堵住毛细管，使液滴不能流动。这种现象称为如果气泡产生得多了，就会堵住毛细管，使液滴不能流动。这种现象称为 气体栓塞现象气体栓塞现象。 气体栓塞现象的危害举例：气体栓塞现象的危害举例： （1 1）静脉注射或肌肉注射时要将针管中得气体排除后再注射；静脉注射或肌肉注射时要将针管中得气体排除后再注射； （2 2）当环境气压突然降低时，人体

29、血管中溶解的气体因为溶解度下降而析当环境气压突然降低时，人体血管中溶解的气体因为溶解度下降而析 出形成气泡；出形成气泡； 比如潜水员从深海迅速上升到水面时容易造成血栓而致命。比如潜水员从深海迅速上升到水面时容易造成血栓而致命。 （3 3）在温度升高时，植物体内的水分也会析出气体，形成气泡堵塞毛细管，在温度升高时，植物体内的水分也会析出气体，形成气泡堵塞毛细管， 使部分枝叶的水分或营养缺乏而枯萎。使部分枝叶的水分或营养缺乏而枯萎。 土壤孔隙中的毛管水土壤孔隙中的毛管水 毛细永动机能否制造出来？毛细永动机能否制造出来？ 植物水分的输运机制植物水分的输运机制 从能量角度解释不润湿从能量角度解释不润湿

30、 对于附着层内任意一分子对于附着层内任意一分子 A ，当，当内聚力内聚力 大于附着力大于附着力时，时， A 分子受到的合力分子受到的合力 f 垂直垂直 于附着层指向液体内部。于附着层指向液体内部。 Af 液体液体 固固 体体 液体分子从液体内部运动到附着层内分液体分子从液体内部运动到附着层内分 子间作用力做子间作用力做负功负功（即分子势能增大），附（即分子势能增大），附 着层内分子势能比液体内部分子势能大。着层内分子势能比液体内部分子势能大。 根据根据平衡态势能最小的原则平衡态势能最小的原则，附着层内的分子要尽量挤，附着层内的分子要尽量挤 入液体内（即尽量处于低势能态），结果附着层收缩，表现入

31、液体内（即尽量处于低势能态），结果附着层收缩，表现 为为液体不润湿固体液体不润湿固体。 当当内聚力小于附着力内聚力小于附着力时，附着层内的时，附着层内的 分子分子 A 受到的合力受到的合力 f 垂直于附着层指向垂直于附着层指向 固体表面。固体表面。 从能量角度解释润湿从能量角度解释润湿 A f 液体液体 固固 体体 液体分子从液体内部运动到附着层内液体分子从液体内部运动到附着层内 分子间作用力做分子间作用力做正功正功（即分子势能减（即分子势能减 小），使得附着层内分子势能比液体内小），使得附着层内分子势能比液体内 部分子势能小。部分子势能小。 液体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展，液

32、体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展， 表现为表现为液体润湿固体液体润湿固体。 土壤孔隙中的毛管水土壤孔隙中的毛管水 土壤基质借颗粒表面的吸附与孔隙的毛管作用而吸土壤基质借颗粒表面的吸附与孔隙的毛管作用而吸 持水分，其中吸附的水分称为持水分，其中吸附的水分称为吸附水吸附水，难以被植物吸收；，难以被植物吸收； 吸附水的含量吸附水的含量与土壤颗粒的种类（比如粗砂土与细粘土的含水量不与土壤颗粒的种类（比如粗砂土与细粘土的含水量不 同）、表面积大小有关。同）、表面积大小有关。 由于毛管作用而保持的水分称为由于毛管作用而保持的水分称为毛管水毛管水，不易流失，不易流失 而且容易被植物吸收，在农业生

33、产中具有重要意义。而且容易被植物吸收，在农业生产中具有重要意义。 毛管水的含量毛管水的含量则不仅与土壤颗粒种类、表面积大小有关，而且还与土则不仅与土壤颗粒种类、表面积大小有关，而且还与土 壤颗粒的排列和集聚形式有关。壤颗粒的排列和集聚形式有关。 由由 可知，毛细现象与可知，毛细现象与液体表面张力系数液体表面张力系数有关，因此与有关，因此与温度温度有有 关。关。 gr h qcos2 夜间土壤表层温度低，水的表面张力系数较大；夜间土壤表层温度低，水的表面张力系数较大； 而在土壤较深层温度较高，水的表面张力系数较小，而在土壤较深层温度较高，水的表面张力系数较小， 水分会沿毛细管上移。所以水分会沿毛

34、细管上移。所以拂晓时分土壤表层水分含拂晓时分土壤表层水分含 量高于正常水平量高于正常水平。 保持土壤水分保持土壤水分是农业增产的一个重要问题。是农业增产的一个重要问题。 对于一般植物，如果土壤含水量饱和，则毛细管全部被液态水充满，通对于一般植物，如果土壤含水量饱和，则毛细管全部被液态水充满，通 气性能差；含水量过低，植物吸水困难，对作物生长不利。为了保持土壤中气性能差；含水量过低，植物吸水困难，对作物生长不利。为了保持土壤中 适当的含水量：适当的含水量： (1) 增加腐殖质增加腐殖质不仅补充了肥料，还可以改善土壤的空隙结构，增加毛管不仅补充了肥料，还可以改善土壤的空隙结构，增加毛管 水的贮量；

35、水的贮量； (2) 温室中通常以温室中通常以渗流灌溉渗流灌溉并对土壤含水量进行适时监控；并对土壤含水量进行适时监控； (3) 对于田间耕种，对于田间耕种，旱田播种后把地表压实旱田播种后把地表压实可以使土壤颗粒之间形成较好可以使土壤颗粒之间形成较好 的毛细管，利于水分上升至地表；而的毛细管，利于水分上升至地表；而冬天则应把土壤翻松冬天则应把土壤翻松，破坏土壤的毛细，破坏土壤的毛细 管，使水分不易上升到地表而被蒸发掉。管，使水分不易上升到地表而被蒸发掉。 毛细永动机能否制造出来？毛细永动机能否制造出来？ 由由 可知：可知： gr h qcos2 液体沿毛细管（液体润湿管壁）液体沿毛细管（液体润湿管

36、壁）“自动地自动地”上升上升 的的 如果毛细管的实际高度如果毛细管的实际高度 h0 比液体上升的高度比液体上升的高度 h 小，小， 液体能否自动从管子中流出来形成液体能否自动从管子中流出来形成“毛细永动机毛细永动机”？ 高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。 h 实际上，实际上，毛细永动机是不可能存在的毛细永动机是不可能存在的。 P0 A P0 液体润湿管壁会产生一定的接触角液体润湿管壁会产生一定的接触角q q ，形成凹形液面，形成凹形液面， 从而产生一定的附加压强，即从而产生一定的附加压强，即 A 点的压强为点的压强为 ，在大气压的作，在大气压的作 用下，液

37、面会上升；用下，液面会上升； 00 2 P R PPA gR h 2 如果毛细管露出水面的长度足够，液面会上升如果毛细管露出水面的长度足够，液面会上升 。 h P0 A 如果毛细管露出水面的长度如果毛细管露出水面的长度 h0 n时，宏观上则表现为时，宏观上则表现为蒸发蒸发； 当当 n n，直到液直到液 体全部转变为蒸汽时，蒸发过程才停体全部转变为蒸汽时，蒸发过程才停 止。止。 而在而在密闭容器密闭容器中，容器内蒸汽的密度不断增大，返回液中，容器内蒸汽的密度不断增大，返回液 体的分子数也不断增多，体的分子数也不断增多，当当 n = n时，液时，液气达到动态平衡，气达到动态平衡， 此时此时的蒸汽叫做的蒸汽叫做饱和蒸汽饱和蒸汽，由它而产生的压强叫