喀蔚波医用物理学课件04章分子动理论.ppt

第四章 分子动理论 §4-1 物质的微观模型 §4-2 理想气体分子动理论 §4-3 气体分子速率分布和能量的统计规律 大气标高 H 是粒子按高度分布的特征量, 它反映了气体分子热运动与分子受重力场作用这一对矛盾. §4-4 液体的表面现象 若在重力场中 ?p=mgz, 则任意高度 z 处单位体积内的分子数为: 此式即重力场中微粒按高度的分布规律. 在重力场中气体的分子数密度 n 随高度的增大按指数减小. 表面张力 液体表面存在着一种收缩张力,这种张力称为表面张力.表面张力产生的原因缘于分子力. 示图为硬币在水表面张力的作用下浮在水面的情况 表面张力的大小可以用表面张力系数 ? 来描述. 设想在液面上任作一长为L的线段, 则表面张力的方向恒与线段垂直, 大小与线段的长度 L 成正比, 即 F = ?L 比例系数就是液体的表面张力系数?, 定义为液面上单位长度的张力, 单位是N/m. 表面张力的数学表达： 表面能 我们把增加单位液体表面积所作的功称为该液体的表面能, 单位是J/m2. 图为U型金属框ABCD,上面有一层液体薄膜, 金属框的一边为L, 可以自由滑动, 由于表面张力的作用, 薄膜要收缩. 只有用力F拉着才能保持AB不动. 由于液膜有上、下两个表面,因此增加单位液膜表面积所作的功为: 这也就是增加单位液体表面积所增加的势能.由上式可知, 表面张力系数?在数值上等于增加单位液面时外力所作的功, 从能量角度看, 其大小等于增加单位液面积时所增加的表面能. 弯曲液面的附加压强 在肥皂泡、小液滴.固体与液体接触的地方,液面都是弯曲的.对于球面型的液面来说,可以证明其附加压强为: 对于中空的肥皂泡,由于液膜有内, 外两个表面,可以认为两个表面半径R相等, 其附加压强为: 毛细现象 气体栓塞 附着层:在液体和固体接触处取一液体薄层,厚度为分子引力的有效作用距离,这个液体薄层称为附着层. 液体不润湿固体:附着层内分子的内聚力大于附着力时,附着层内的分子受到的合力垂直于附着层而指向液体内部,类似于表面层,附着层里液体分子比液体内部稀疏,出现类似于表面张力的收缩力.附着层要尽可能收缩,以减小分子势能.这在宏观上表现为液体不润湿固体. 液体润湿固体：当附着力大于内聚力时,情况正相反,附着层内的分子受到的合力指向固体,附着层里出现液体相互推斥的力,分子在附着层内比在液体内部有较小的势能,附着层有扩展趋势,宏观上表现为液体润湿固体. 水不润湿树叶表面 水银不润湿玻璃表面 毛细现象(capillarity) :润湿液体在毛细管中上升和不润湿液体在毛细管中下降,这种现象叫做毛细现象. 上升或下降的高度 h 可用下式计算: 式中?为表面张力系数,? 为接触角,?为液体的密度,g为重力加速度,r为毛细管的内半径. 润湿液体在毛细管中的上升 管内升高的液柱的重量W为 : 公式推导： 管内液体上升高度h停止时,表面张力向上的拉引作用和管内升高的液柱的重量达到平衡. 竖直方向的合力f1为 W = r2?hg 由 f1=W 可得 毛细现象 毛细管中的液体高度 式中?为表面张力系数, ?为接触角, ?为液体的密度, g为重力加速度, r为毛细管的内半径. 气体栓塞(air embolism) 液体在细管中流动时,如果管中有空气泡,液体的流动将受到阻碍,气泡多时可发生阻塞,这种现象称为气体栓塞. 液体在细管中自左向右流动时,管中气泡左侧曲率半径为R,右侧曲率半径为r(Rr),则左端压强p1必须大于右端压强p2. p1 p2 R r 将差值 定义为临界值 . 当管中有 n 个气泡时, 则只有当管两端的压强差 ?P n? 时液体才能带动气泡移动. 本章结束 谢谢！ 作者：陈立波 * * 物质的微观模型 理想气体分子动理论 气体分子速率分布和能量的统计规律 液体的表面现象 一.基本概念 微观量: 描述单个分子的物理量,如分子的速度.质量.平均动能等 宏观量: 描述整个系统的物理量,如气体的温度.压强.热力学能等 热运动(thermal motion):大量分子的这种处在永不停息的、无规则的运动称为热运动. 二. 分子力与分子力曲线 实验证明分子间存在引力又存在斥力,两分子间互相作用力的半经验公式为 r —两分子中心距离. C1、C2为正数. 一.理想气体的物态方程 平衡态与态参量 平衡态: 系统的宏观性质不随时间而变的状态,从微观上看,分子仍在不停作热运动 体积 V ? m3 温度 T ?K 压强 p ?Pa 状态参量: 在压强不太高. 温度不太低的实际气体都可视为理想气体,遵守 理想