液体2.ppt

* * §8-3 液体的表面性质 表面层的定义：在液体与气体、固体或不相溶合的另 一种液体的接触面上所形成的一个厚度约为 分子力有效作用距离的液体薄层。 1、表面张力存在的现象: A B f C D A B f F D C 现象1 现象2 现象3 P W 使液面收缩的力就是液体表面张力! 2、表面张力系数的三种定义 A B f F D C (1)从力的角度定义表面张力系数: AB平衡时，通过测F来确定f， 实验表明：f与F方向相反， F 的大小与液面的周界的 长度L成正比 ,即：f=αL 其中，α—表面张力系数，大小等于液面作用于单位长度 线段上的表面张力。 本实验中液膜有两个液面，所以，f=2αL ,即 α=f/2L （2）从外力作功的角度给表面张力系数的定义： A B f F D C 由（1）可知，有力2αL作用在AB上。 要保持AB平衡，须加一外力F， 即： F= 2αL 假设AB 移动一距离ΔX，则在这过程 中，F 所作的功为： ΔA=F ΔX=2αL ΔX= α·2LΔX= α ΔS α=ΔA/ΔS 即α等于增加单位表面积时外力所作的功。 （3）从能量角度给表面张力系数的定义： ΔE= ΔA= α ΔS 即， α= ΔE /ΔS 即，α等于增加单位表面积时所增加的表面自由能。 3、影响表面张力系数的因素： （1） α的大小与液体的种类和成分有关。 易挥发的液体其α值较小；熔化的金属α值很大。 （2） α的大小与温度有关。 α T 通常相当准确地成线性关系。 （3） α的大小与液体所含杂质有关。 有些杂质能使α减小（如肥皂），有些杂质能 使α增大。 表面活性物质 现象（1）在水面上撒些樟脑晶粒。 （2）在水面上撒一些木屑再在中间滴上一滴肥皂液。 [例 题]求液体的 表面张力系数。 a b m [ 解] 因为实验中，玻璃片 所受表面张力的边界长度 为： L=2a+2b， 故，表面张力为：f=α L=α(2a+2b)= 2α（a+b） 当天平第二次达到平衡时，由力的平衡条件得： 2 α（a+b）= mg 所以， 已知： 4、表面张力产生的微观解释 （1）从分子力角度： 蒸汽 A、分子在a、b点时完 全不会受液体的作用； B、分子在c点开始受 到指向液体的引力； C、分子在e点时受到引力达到最大值； D、分子在g点时受到周围分子的合引力为零。 表面层：液体表面厚度为AN=S（分子作用半径）的一层。 与液体内部相比，表面层中分子少了一些吸引它的分子， 因此产生了引力的不对称，合力指向液体内部，从而产 生了表面收缩作用。 液体表面层中的分子 受到的引力指向液内 L M A B 液体 a b c e g N O f （2）从分子数密度： 分子作用 的半径 A B e g f N S P Q O 液体中分子的振动 离开平衡位置向上、 下两边的振幅是不 对称的。即,OPOQ S 导致表面层的分子分布 和液体内分子分布如右图所示! 表面层的分子数密 度小于液体内部的 （3）从能量角度： 将液体内部的分子移到表面层中来， 必须克服指向液内分子引力而做功。 表面层中的分子具有较液体内部的分子的更大的势能。而表 面越大，在表面层中的分子数就越多，整个表面层的势能就 越大，因为势能越小越稳定，所以液面有收缩趋势。 表面层中分子的势能 大于液体内分子的势能！ [例题]水和油边界的表面张力系数 为了使1.0×10-3 kg质量的油在水内散布成半径 r＝10-6 m 的小油滴，需要做多少功？散布过程 可以认为是等温的，油的密度为ρ＝90kg/m3。 解：一个大油滴在等温的散布成小油滴的时候，能量仅 仅消耗在形成增加的表面上，因而所作的功为： （1） 式中，△S是增加的表面积，N为小油滴的数目，R 是大油滴的半径。 因为油的质量 m 不变，所以有： （2） 将此式变形得到： （3） 联立（1）和（3）式得到： （4） 由（2）可求出小油滴的数目：