ch液体的表面现象.ppt

(2) 毛细永动机能否制造出来？ 由 可知： 液体沿毛细管（液体润湿管壁）“自动地”上升的 如果毛细管的实际高度 h0 比液体上升的高度 h 小，液体能否自动从管子中流出来形成“毛细永动机”？ 高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。 h 实际上，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q ，形成凹形液面， 从而产生一定的附加压强，即 A 点的压强为 ，在大气压的作用下，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 h0 h ，则当液体上升到管口时，液面的曲率半径将增大，从而附加压强减小，PA 增大。 h P0 A 当曲率半径增大到 时， A 点压强增大 ，液面不再上升。 因此，即使毛细管的实际高度 h0 比液体上升的高度 h 小，也不会形成毛细永动机。 (3) 植物水分的运输机制 现在对植物水分向上运输机制有三种观点： 1、毛细作用 植物体内的主要输水管道木质部导管是一个典型的毛细管系统，它由许多丧失了原生质的死细胞构成，直径约为 0.04mm ～ 0.05mm。 玉米茎的横切面构造 多年生植物（朱槿）茎的横切面构造 室温条件下，水的表面张力系数约为 a = 73×10-3 N·m-1 ，取毛细管的半径 r = 0.02 mm ，假设水完全润湿毛细管壁，得： 这个结论似乎说明对于低矮的植物靠毛细现象就可以满足水分向上运输的需要。 实际上植物导管的上端并不是敞开的（与上述毛细管模型不同），导管中从上到下均充满了水分，而且毛细现象无法满足稍高的植物的输水需要，更不要说参天大树了。 因此，植物水分上运输应该还有别的机制。 2、渗透作用 在生命系统中有许多膜相结构都是半透膜，如细胞膜、动物的膀胱、肠衣等，它们都存在渗透现象。 如图所示的 U 形管底部有一半透膜 MN 将糖溶液分成两个浓度不同的区域，左侧浓度高，右侧浓度低。 半透膜只允许小分子通过，而不允许糖类分子、蛋白质分子等大分子通过，这一特性将使左右两边水的浓度相等。 M N H2O 溶质浓度低相当于水的浓度高，溶质浓度高相当于水的浓度低，所以水分子将通过半透膜向溶质浓度高的区域扩散，这种现象称为渗透现象。 由于渗透作用，U 形管左侧液面将升高，右侧液面将降低； 必须在左侧液面施加一个压强 P 才能使左右液面平齐，这个压强称为渗透压。 P 实验证明，早春时节枫树中糖溶液的向上运输就是渗透压造成的。 在早春，枫树根系中积累了头年夏天制造的高浓度糖溶液。土壤解冻时水分通过渗透作用进入根系，迫使树液上升，直到渗透压等于树液液柱产生的压强为止。渗透压可以使树液上升到 30m 以上的高度。 然而，在夏季，新陈代谢旺盛的植物根部的糖浓度要下降，此时单靠渗透压的作用是不够的。而且有些植物可以高达 60m 以上，如冷杉。 冷杉 这时无论是毛细作用还是渗透作用都无法满足水分向上运输的需要，或许还有其他的运输机制。 3、负压强作用 如图所示的装置，活塞下的容器中充满水。 实验证明，必须对活塞施加 25 ～ 300×105 Pa 的压强才能将活塞与水柱分离。 显然，这不仅仅有大气压的作用，最主要的作用是液体的内聚力，即分子间的作用力。液体向内拉周围物体的作用，称为负压强作用。 正是因为负压强作用，当水分不断从叶片中蒸发出去或参与植物组织中的生化反应时，水分能够从根部源源不断向上供给。 由于除了碰撞之外气体分子之间相互作用几乎等于零，因此气体不能产生负压强。 (4) 气体拴塞现象 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（ 假设活塞下的气柱中压强为大气压 P0 ）时，即 给活塞施加压强并逐渐增大，发现当施加的压强很小时，液面并不降低，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。 这是由于液体具有黏滞性，当给活塞施加一较小压强时，只是凹形液面的曲率半径变小了，附加压强增大， 液面下压强仍然能够保持不变，即液面不下降。 逐渐增大右端的压强