液体的表面张力

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1、第1章流体力学基本概念流体：具有流动性的液体和气体；基本内容流体静力学流体动力学1.2液体的表面现象理解液体表面张力产生的微观本质;掌握表面张力系数的两种定义;掌握弯曲液面的附加压强及计算;掌握毛细管现象中的朱仑公式。叶面：疏水、不吸水的表面，永遠保持一塵不染。荷花效应大珠小珠落玉盘水黾的高明之处：1、既不会划破水面，也不会浸湿自己的腿。2、它在水面上每秒钟可滑行100倍于身体长度的距离，这相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。问题1：为什么小液滴和小气泡总是成球状而不会成别的几何形状（

2、如立方体、多角形等）？问题2：水在玻璃管中呈凹形液面（弯月面），而汞在玻璃管(如血压计)中却呈凸形液面，为什么？问题3：肌注、输液、输血时要防止气泡进入,为什么？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10-10m，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。概述由于液体分子间距小，分子间

3、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。表面张力现象为什么水面上的小昆虫能在水面上行走，而不会沉入水中？牛奶滴落在盘中的瞬间飞溅情形，呈现球状，在盘上方的牛奶呈现近乎完美的球形？表面张力的演示实验（1）圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；表面张力的演示实验（2）橄榄油滴浮在同密度的水和酒精的混合液体中，由于表面张力的作用，油滴形成完美的球形。第1.2节液体的表面张力一、表面张力1.现象

4、：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).液面像紧绷的弹性薄膜。(1).液体表面有收缩到最小的趋势；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距离(=10-8m)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。①分子力观点：表面张力是由于液体表面层内分子间相互作用与液体内部分子间相互作用不同。分子作用球(约10-8m)：在液体内部P点任取一分子A,以A为球心，以分子有效作用距离为半径作一球，称为分子作用球。球外分子对A

5、无作用力，球内分子对A的作用力对称分布，合力为零。(3)表面张力产生的微观本质分子力：在液体內部的分子之间，彼此互相吸引力，忽略了斥力；分子间既有引力作用又有斥力作用平衡位置斥力起主要作用引力起主要作用v12rdv12=0R—分子有效作用半径分子力是短程力！r分子有效直径fff从表面层中Q、R、S点任取一分子，其分子作用球一部分在液体外，空气密度比水小，破坏了表面层的分子受力的球对称性；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f越靠近表

6、面，受到的f越大；在f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收缩的趋势。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，使液面呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。体积一定,球体的表面积最小;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;表面层内,各个分子势能增量的总和称为液体的表面能，用E表示。设想在液面上画一条直线段，

7、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′。(4).表面张力系数（定义一）为表面张力系数，表示液体表面单位长度直线段上的表面张力，单位：N/m。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=l。如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为，将AB边无摩擦、匀速、等温地右移△x，在AB边上加的力为：F=2l，则在这个过程中外力F所做的功为:其中△S=2l△x,是

8、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，液体表面能增加，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，外力所需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能——比表面能；(5).表面张力系数与表面能增量（定义二）例题1-5：P31当许多半径为r的小水滴融合成一个半径为R的大水滴时释放出的能量。水的表面张力系数在此过程中保持不变，假设水滴为球状。表明：小水滴融合成大水滴时，要释放出