兰州大学热血教材——液体ppt课件

1、2一、液体的微观构造一、液体的微观构造1、液体的短程有序、长程无序构造、液体的短程有序、长程无序构造用伦琴射线研讨发现，液体分子在很小范围内几用伦琴射线研讨发现，液体分子在很小范围内几个分子直径线度在一个短暂的时间内陈列坚持一个分子直径线度在一个短暂的时间内陈列坚持一定的规那么性，但不是象晶体那样在很大的范围内定的规那么性，但不是象晶体那样在很大的范围内陈列都是有规那么，这就是短程有序、长程无序。陈列都是有规那么，这就是短程有序、长程无序。 液体的性质介于气体和固体之间，一方面，它象液体的性质介于气体和固体之间，一方面，它象固体那样具有一定的体积，不易紧缩，另一方面，它固体那样具有一定的体积，

2、不易紧缩，另一方面，它又象气体那样，没有一定的外形，具有流动性，而且，又象气体那样，没有一定的外形，具有流动性，而且，在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性是同它的微观构造决议的。是同它的微观构造决议的。3、热运动、热运动1热振动：在平衡位置附近振动。在某热振动：在平衡位置附近振动。在某一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置上去振动。上去振动。2定居时间定居时间：在一定：在一定T、P下，在平衡下，在平衡位置振动时间的平均值，对液态金属其值为位置振动时间的平均值，对液态金属其值为10-10

3、秒。秒。 通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，分子已可以有很大的挪动，因此液体在外力作用下流分子已可以有很大的挪动，因此液体在外力作用下流动，这就是流动性。动，这就是流动性。3与温度关系与温度关系 温度越高，温度越高，分子运动越猛烈，热运动的能量越大，定居时间越短。分子运动越猛烈，热运动的能量越大，定居时间越短。 2、分子陈列、分子陈列 分子陈列是严密的，气体分子陈列是严密的，气体d=10-9 m ,液体液体d310-10 m。相互作用力大，相互作用力与固体。相互作用力大，相互作用力与固体同数量级。但与固体相比，毕竟松散些。同数量级。

4、但与固体相比，毕竟松散些。二、液晶二、液晶 某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变为液态，而是要经过一个或几个介于固态和液态之间的形状，这种处在过渡形状的物质称为液晶。 液晶的特征：液晶的特征： 流动性、延续性流动性、延续性液体液体 光学、电磁学光学、电磁学各向异性特性晶体各向异性特性晶体存在范围：存在范围：T1熔点熔点TT2清亮点。清亮点。分类分类溶致液晶高分子聚合物溶解于溶致液晶高分子聚合物溶解于溶剂而成溶剂而成热致液晶高分子聚合物加热熔热致液晶高分子聚合物加热熔化而成化而成向列型向列型胆甾型胆甾型近晶型近晶型 向列型向列型 胆甾型胆甾型 近晶型近晶型向列型液晶简介：分子呈棒状，分子陈列

5、方式很象向列型液晶简介：分子呈棒状，分子陈列方式很象一把筷子，分子沿上下方向陈列整齐，但沿前后左一把筷子，分子沿上下方向陈列整齐，但沿前后左右陈列可以变动，不规那么。加电压可以有动态散右陈列可以变动，不规那么。加电压可以有动态散射景象可以制造各种显示器件，射景象可以制造各种显示器件， 如仪器上数码文字如仪器上数码文字和图像的显示，电控亮度玻璃窗等。和图像的显示，电控亮度玻璃窗等。 胆甾型液晶简介：它包含许多层分子，每层分子的陈列方向一样 ，但相邻两层分子陈列稍有旋转夹角约为15分，这样层层地叠起来构成螺旋构造。这种液晶有显著的温度效应，随温度变化有选择性的反射光，可探测微电子学中的热点短路处检

6、查致冷机的漏热的，诊断疾病，探测金属资料的缺陷。近晶型液晶简介：分子呈棒状，陈列成层，各层之间近晶型液晶简介：分子呈棒状，陈列成层，各层之间的间隔可以挪动，但分子不会往来于层间，只能在本的间隔可以挪动，但分子不会往来于层间，只能在本层间挪动有序程度和晶体相近，故称为近晶型。层间挪动有序程度和晶体相近，故称为近晶型。 液晶很早是在液晶很早是在1881年由奥地利植物学家年由奥地利植物学家莱尼莱尼茨尔在运用胆甾醇苯酸脂晶体加热到茨尔在运用胆甾醇苯酸脂晶体加热到145.5到到178.5时发现的。时发现的。1968年人们发现了双折射引起干涉条纹以年人们发现了双折射引起干涉条纹以及动态散射景象后运用就广泛

7、起来了。及动态散射景象后运用就广泛起来了。 液晶对各种外界要素很敏感如热，电，磁，光，液晶对各种外界要素很敏感如热，电，磁，光，声，应力，气氛，辐射等，因此液晶有电光效应，声，应力，气氛，辐射等，因此液晶有电光效应，磁效应，光生伏特效应，超声效应，应力效应，物磁效应，光生伏特效应，超声效应，应力效应，物理化学效应，辐照效应。理化学效应，辐照效应。 2、与固体比较，液体的CP、CV的差别较大，这是由于液体的热膨胀系数比固体热膨胀系数大。一、热容量一、热容量1、液体的热容量与固体差别小，与气体差别大，、液体的热容量与固体差别小，与气体差别大，这是由于液体和固体内部热运动的情况相近，这是由于液体和固

8、体内部热运动的情况相近，而液体和气体内部热运动的情况那么相差较大，而液体和气体内部热运动的情况那么相差较大，因此可以知道液体中分子的热运动主要方式是因此可以知道液体中分子的热运动主要方式是热振动。热振动。特点：特点：8.2 、液体的彻体性质、液体的彻体性质tVV 温度升高时液体体积增大的景象。温度升高时液体体积增大的景象。 缘由有两个缘由有两个 ：1、引力与斥力非对称性；、引力与斥力非对称性；2、液体内部孔隙的存在比如海棉体类型、液体内部孔隙的存在比如海棉体类型 叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而增大，随压强的增大而减小。增大，随压强的增大而减小。 二

9、、热膨胀：二、热膨胀：规律：规律：三、热传导三、热传导 液体热传导的机构与固体近似，靠热振动传送液体热传导的机构与固体近似，靠热振动传送能量但能量但很小。很小。kTWkTWeDeD00226161四、分散四、分散 液体中的分散系数液体中的分散系数D较固体稍大气体比固体、较固体稍大气体比固体、液体大十万倍，缘由是液体中热运动与固体类似。液体大十万倍，缘由是液体中热运动与固体类似。自分散系数：自分散系数：-两相邻平衡位置间平均间隔；两相邻平衡位置间平均间隔； - -定居时定居时间；间； 0-0-分子振动周期；分子振动周期；WW为分子从一个平为分子从一个平衡位置衡位置另一个平衡位置时的激活能。另一个

10、平衡位置时的激活能。kTWe0五、黏性粘滞性五、黏性粘滞性 液体的粘滞系数比气体的大得多，且液体情形液体的粘滞系数比气体的大得多，且液体情形时温度越低粘滞系数越大时温度越低粘滞系数越大,规律为规律为ntac)( 而阅历公式为而阅历公式为0是与温度关系不大的系数。式中常数a c和n对各种液体有不同数值。18一、外表张力与外表能一、外表张力与外表能1、外表张力、外表张力 外表张力是作用于液体外表的，使液体具有外表张力是作用于液体外表的，使液体具有收缩倾向的一种力。收缩倾向的一种力。气体液体液体外表层R0 2：外表张力系数几种表示：外表张力系数几种表示LfLfSASASEASE要注不测表张力系数各种

11、表示的物理要注不测表张力系数各种表示的物理意义。意义。3、外表张力系数与温度的关系、外表张力系数与温度的关系 实验发现：液体的外表张力系数与液体的外表积的大小无关，而仅是温度的函数，外表张力随着温度的升高而降低。ntt）（01式中式中t是比该液体临界温度低几度的摄氏温度；是比该液体临界温度低几度的摄氏温度；n是是常数，数值在常数，数值在1和和2之间。之间。214、外表活性剂、外表活性剂 能使能使明显变小的物质称为外表活性物质明显变小的物质称为外表活性物质 假设一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的外表张力，假设一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的外表张力，就说甲对乙具有外表活性。就说甲对乙具有外

12、表活性。 外表层：液体的外表是一个有一定厚度的薄层，外表层：液体的外表是一个有一定厚度的薄层，称为外表层，厚度约为称为外表层，厚度约为S10-9 m,就是分子引力有效间就是分子引力有效间隔。外表张力就是外表层内分子力的缘故。隔。外表张力就是外表层内分子力的缘故。二、外表层内分子力作用：二、外表层内分子力作用：内部内部外表层外表层 从能量的观念来看，外表自在能是在等温条件从能量的观念来看，外表自在能是在等温条件下表层中一切分子的势能。外表越大，外表层的下表层中一切分子的势能。外表越大，外表层的势能就要增大，反之那么要减小，由于势能总是势能就要增大，反之那么要减小，由于势能总是有减小的倾向，因此外

13、表就有收缩的趋势，从而有减小的倾向，因此外表就有收缩的趋势，从而阐明外表上存在张力。阐明外表上存在张力。三、球形液面内外的压强差三、球形液面内外的压强差 在液体与固体或液体与气体接触的地方，液面都在液体与固体或液体与气体接触的地方，液面都是弯曲的。这时由于外表张力的存在，液面内和液面是弯曲的。这时由于外表张力的存在，液面内和液面外有一压强差，称为附加压强，在凸面的情形，液面外有一压强差，称为附加压强，在凸面的情形，液面内部的压强大于外部的压强，在凹面的情形，液面内内部的压强大于外部的压强，在凹面的情形，液面内部的压强小于液面外部的压强。部的压强小于液面外部的压强。 dldfdf1 df2 ro

14、SRC凹液面凹液面凸液面凸液面Rp2Rp2推导凸液面时的附加压强推导凸液面时的附加压强Rp2dldfdf1 df2 roSRCsinsin1dldfdfcoscos2dldfdf， dldldf凸液面中经过边线上每一微段凸液面中经过边线上每一微段作用在液块上的表作用在液块上的表分解得分解得:面张力面张力22112sin2sinrpRrrdldff022dff21rpf上面用到平衡条件上面用到平衡条件Rp2,得到：研讨球形液膜研讨球形液膜. 有内外两个外表，在液膜的外中内有内外两个外表，在液膜的外中内取三点取三点A,B,C,三点的压强是三点的压强是RppAB2RppCB2液膜外外表是凸液面液膜外

15、外表是凸液面液膜内外表是凹液面液膜内外表是凹液面RppAC4Bp从两式中消去从两式中消去最后得到最后得到CBAppp,ABC26(这是拉普拉斯公式这是拉普拉斯公式)四、四、*恣意液面附加压强：恣意液面附加压强：)11(21RRp对球形液面，对球形液面，R1=R2,得到球形液面附加压强的公式得到球形液面附加压强的公式对柱形液面对柱形液面,R1=R,R2=,附加压强为附加压强为Rp2Rp五五 、液面与固体接触处的外表景象、液面与固体接触处的外表景象润湿与不润湿润湿与不润湿 一小滴水银在玻璃上总是近似成球形能一小滴水银在玻璃上总是近似成球形能在玻璃上滚动而不附着在上面，这是水银在玻璃上滚动而不附着在

16、上面，这是水银不润湿玻璃。在无油脂的玻璃板上放一滴不润湿玻璃。在无油脂的玻璃板上放一滴水，水不仅不收缩成球形而且要沿着玻璃水，水不仅不收缩成球形而且要沿着玻璃向外扩展附着在玻璃上这是水润湿玻璃。向外扩展附着在玻璃上这是水润湿玻璃。 润湿和不润湿景象就是液体和固体接触润湿和不润湿景象就是液体和固体接触处的外表景象。是决议于固体和液体的性处的外表景象。是决议于固体和液体的性质，是由固、液分子间的相互吸引力附质，是由固、液分子间的相互吸引力附着力大于或是小于液、液分子间引力着力大于或是小于液、液分子间引力内聚力这种要素决议的。内聚力这种要素决议的。 液体与固体接触处的接触液体与固体接触处的接触角为锐

17、角时，液体润湿固体，角为锐角时，液体润湿固体，接触角为接触角为0，液体将展延在全，液体将展延在全部固体外表上，这叫完全润湿部固体外表上，这叫完全润湿固体，接触角为钝角时液体不固体，接触角为钝角时液体不润湿固体，接触角为润湿固体，接触角为180度，叫度，叫做液体完全不润湿固体。做液体完全不润湿固体。附着力附着力内聚力内聚力接触角接触角固体液体A 如分子如分子A受的内聚力大于附着力，合力指向液体内受的内聚力大于附着力，合力指向液体内部，对抗合力作功，势能增大，由于势能总是有减小部，对抗合力作功，势能增大，由于势能总是有减小的倾向，附着层就有减少的趋势从而使液体不能润湿的倾向，附着层就有减少的趋势从

18、而使液体不能润湿固体。反之在附着力大于内聚力，液体分子要尽量挤固体。反之在附着力大于内聚力，液体分子要尽量挤入附着层结果使附着层扩展，从而使液体润湿固体。入附着层结果使附着层扩展，从而使液体润湿固体。A点压强为点压强为RppA20002ppghRpghppcABB点压强为点压强为六、毛细景象六、毛细景象 润湿管壁的液体在细管里升高而不润湿管壁的液润湿管壁的液体在细管里升高而不润湿管壁的液体在细管里降低的景象称为毛细景象。体在细管里降低的景象称为毛细景象。 研讨液体润湿管壁的情况，设细管截面为圆形研讨液体润湿管壁的情况，设细管截面为圆形 ABCDhR31cosrR grhcos2ghR2因此因此 ，从图中可知，因此液面上升高度如下式 因此管子越细，液面上升就越高。这可以用来因此管子越细，液面上升就越高。这可以用来测定液体的外表张力系数。测定液体的外表张力系数。ABCDhR在液体不润湿管壁情形，液面要下降一段间隔。在液体不润湿管壁情形，液面要下降一