医用物理学琴ch6液体表面现象.pptx

第六章 液体的表面现象大珠小珠落玉盘它们为什么可以漂在水面上概 述液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。 液体分子间距较气体小了一个数量级 ,为10-10 m，分子排列较紧密，分子间作用力较大,其热运动与固体相似 ,主要在平衡位置附近作微小振动。液体没有一定形状，并具有流动性。 这是由于液体分子振动的平衡位置不固定，是近程有序，即在很小范围内在一短暂时间里保持一定的规则性。 由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。第一节 液体的表面张力一、表面张力1.现象： (1)液面有收缩到最小的趋势； (2)液面像紧绷的橡皮膜具有弹性。说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。2.表面张力(1)表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用半径 r 的一层液体。(2)表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。演示实验如图L·　为表面张力系数FF表面张力：液体表面内存在着使其表面积有收缩成最小的趋势的张力。①方向：与表面相切，与面内分界线垂直。(Direction of Surface Tension)②、大小：(Magnitude of Surface Tension ）(3)表面张力产生的原因①从分子运动论观点说明分子作用球：在液体内部任取一分子A ,以A为球心，以分子有效作用半径R 为半径作一球，称为分子作用球 。球外分子对A 无作用力，球内分子对A 的作用力对称分布，合力为零。 从表面层中任取一分子B，其受合力与液面垂直，指向液体内部，这使得表面层内的分子与液体内部的分子不同,都受一个指向液体内部的合力 。 在这些力作用下，液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势。在宏观上就表现为液体表面有紧张和收缩的趋势。如图，表面层内的分子与液体内部的分子不同,都受到一个指向液体内部的合力 ,越到表面层受的力越大。 ②从能量观点来分析 把分子从液体内部移到表面层，需克服 f ⊥ 作功;外力作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区;各个分子势能增量的总和称为表面能，用E 表示。 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。表面张力是宏观力，与液面相切; f ⊥是微观力，与液面垂直。(4)表面张力系数（surface tension coefficient) 我们想象在液面上画一条直线段，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力作用，该力与液面相切,与线段垂直，指向各自的一方,分别用f 和f′表示，这恰为一对作用力与反作用力， f = - f′。 由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长,则合力越大。设线段长为l ,则：f =αl 。 α为表面张力系数，数值上等于单位长度直线段两侧液面的表面张力，单位：N / m 。(5)表面张力系数与表面能增量如图，金属框上挂有液膜，表面张力系数为α，将AB边无摩擦、匀速、等温地右移△x，加在AB边上的外力为：F =2αl ，则外力F 所做的功为:其中△S = 2l△x ,是AB 向右移动过程中液面面积的增量。外力克服分子间引力做功，表面能增加，若用△E 表示表面能增量，则：表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所做的功，或增加单位液体表面积时，表面能的增量。(6)影响表面张力系数的因素与液体的性质有关：不同液体，α值不同；密度小、易挥发的液体α值较小。如酒精的α值很小，金属熔化后的α值很大，如焊锡球。与相邻物质性质有关：同一液体与不同物质交界，α值不同。与温度有关：温度升高，α值减小，两者近似呈线性关系。与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其α值增加；有的使其α值减小。使α值减小的物质称为表面活性物质。如肥皂为水的表面活性物质，而食盐、淀粉、糖类为水的表面非活性物质，使水的α值增大。 二、表面张力系数的测定（液滴测定法）质量为m的待测液体吸入移液管，由管口下端缓慢流出，形成袋状水滴。当表面张力不足以支持重力时，水滴下落，则：W=fABd第二节 弯曲液面的附加压强 自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强, 用Ps 表示。附加压强是由于表面张力存在而产生的。一、附加压强的产生1.水平液面 在液体表面上取一小面积△S ,由于液面水平，表面张力沿水平方向， △S 平衡时，其边界表面张力相互抵消,△S 内外压强相等：2.液面弯曲Ds1)凸液面时，如图 周界上表面张力沿切线方向，合力指向液面内， 好象紧压在液体上，使液体受一附加压强 ，由力平