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第二章 表面张力和润湿作用
第二章 表面张力与润湿作用 §2.1 液体的表面张力 §2.2 弯曲液面的附加压力 §2.3 润湿作用与接触角 §2.4 液体表面张力的测定方法 §2.5 弯曲液面的蒸气压—开尔文公式 §2.1 液体的表面张力 界面现象的本质 界面现象的本质 表面功(surface work) 表面自由能(surface free energy) 表面自由能(surface free energy) 表面张力(surface tension) 表面张力(surface tension) 表面张力(surface tension) 表面张力(surface tension) 表面张力(surface tension) 影响表面张力的因素 (3)压力的影响 表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加,气相密度增加,表面分子受力不均匀性略有好转。另外,若是气相中有别的物质,则压力增加,促使表面吸附增加,气体溶解度增加,也使表面张力下降。 压力的影响 压力的影响 表面自由能和表面张力的微观解释 表面自由能和表面张力的微观解释 §2.2 弯曲表面的附加压力 1.弯曲表面下的附加压力 弯曲表面下的附加压力 弯曲表面下的附加压力 2、杨-拉普拉斯公式 3.毛细管现象-----附加压力与毛细管中液面高度的关系 毛细现象及成因 毛细现象实际上就是表面张力作用的结果 液体靠近器壁的液面分子,同时受有內聚力和附著力的作用,其合力垂直于液面,使得液体表面张紧,产生表面张力。 液体表面张力所产生的作用力沿着液面的切线方向,作用于液体-器壁的交界线。因此它的反作用力F即为提升管內液柱的力源。 管内液柱的上升高度 由液柱所受表面张力的综合与液柱的重量达到力平衡。 接触角与液面的升降 毛细管插入水槽中,内聚力小于附着力,接触角θ为锐角,则管內的水银柱上升,水柱的液面呈现周边向上弯曲的弧面。 毛细管插入水槽中,内聚力大于附着力,接触角θ为钝角,则管內的水银柱上升,水柱的液面呈现周边向下弯曲的弧面。 毛细现象的例子 酒精灯的灯芯是用棉线捻成一束,棉线间的空隙相当于毛细管,酒精经由这些间隙上升至芯头; 毛巾的一端浸入水中,则整条毛巾会润湿; 方糖的一角沾上水渍,则整块方糖会逐渐潮湿; 植物內的微管束也充当毛细管的角色,根部的水分和养分得以输送至枝叶。 毛细现象的应用 毛细现象的应用 毛细现象的应用 §2.3 润湿作用与接触角 凝聚态物体表面一种流体被另外一种流体取代的过程称为润湿。 根据润湿程度不同,又分为沾湿,铺展,浸湿。 粘附功(work of adhesion) 浸湿功(work of immersion) 浸湿功(work of immersion) 铺展系数(spreading coefficient) 铺展系数(spreading coefficient) 接触角(contact angle) 接触角(contact angle) 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 接触角的测定 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 影响接触角测定的因素 固体的润湿性质 浮游选矿 表面活性剂对润湿性的影响 洗涤现象 (一)洗涤作用的基本过程 洗涤过程可以用如下关系式表示: 洗涤作用的关键是洗涤液必须润湿被洗涤物质的基体表面,只有如此才能将污垢从基体上被顶替下来,也就是污垢的去除;防止基体表面被污垢的再污染也是保证洗涤过程完整的重要问题。 洗涤液中的表面活性剂和机械搅拌不但促使基体表面污物被顶替,而且将污物以乳状液或者悬浮分散状态存在,在静电排斥作用下使它们远离基体表面。 (二)油污的去除机理 附着在固面上的油污平衡时有如下表达式: (三)固体污垢的去除机理 固体污物黏附在固面上机理与油污不同,主要靠分子间力与基体粘连。因此固体污物(d)在固面(s)上的去除可以用表面能变化解释。 (四)影响洗涤作用的因素 1.污垢的种类。 2.基体与污物的性质。 3.表面化学因素: ⑴ 表面张力 ⑵ 增溶作用 ⑶ 吸附作用 ⑷ 乳化和起泡 纺织品的特殊润湿 在织物的润湿过程中,溶液沿着纤维迅速展开,渗入纤维的空隙,把空气驱逐出去,将空气-纤维表面(气-固界面)代之以液体-纤维(液-固界面)表面,因此织物的润湿是固-液界面取代固-气界面的浸湿过程。 从纺织物的结构上分析,润湿过程应属于毛细管体系的润湿,因为织物是由纤维编织而成,纺织物中存在着无数毛细管,对于孔径均匀的毛细管体系,液体对孔内壁的润湿就是毛细管上升过程。因而只要接触角θ<90°,液体就会在曲面压差的驱动下渗入毛细孔。
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