热学第八章液体

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1、第八章液体（liquid）¢8.1液体的微观结构液晶¢8.2液体的彻体性质¢8.3液体的表面性质2007-7-21崎山苑工作室18.18.1液体的微观结构液体的微观结构液晶液晶一、液体的微观结构液体的性质介于气体与固体之间。一方面，它像固体那样具有一定的体积，不易压缩；另一方面，它又像气体那样，没有一定的形状，具有流动性，在物理性质上各向同性。液体的这种特征是由它的微观结构所决定的。1.液体分子排列情况液体分子密集在一起；在很小的范围内具有近程有序的特点，不具备晶体的远程有序特点；在宏观上表现为各向同性。液体的这种结构与非晶体相同。2007-7-21

2、崎山苑工作室22.液体分子热运动情况液体分子的热运动主要是在平衡位置附近作微小振动；液体分子不会长时间在一个固定的平衡位置上振动，仅仅能保持一个短暂时间。液体分子在各个平衡位置振动的时间长短不一，但在一定的温度及压强下，各种液体都有其一定的平均值，称为定居时间(dwelltime)。定居时间比分子在平衡位置附近的振动周期长很多。定居时间τ的大小既体现了分子力的作用，又体现了热运动的作用。分子排列越紧密，分子间的相互作用就越大，分子就越不容易移动，因而τ就越大；温度升高，分子热运动能量增大，则τ就减小。2007-7-21崎山苑工作室3二、液晶（二、液晶

3、（liquidcrystalliquidcrystal））某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变为液态，而是要经过一个（或）几个介于固态与液态之间的过渡状态，这种处在过渡状态的物质称为液晶（liquidcrystal）。液晶的力学性质象是液体，具有液体的流动性；光学性质象晶体，具有晶体的有光学各向异性。液晶只能存在于一定的温度范围内，温度范围的下限T称为熔点，上限T称为清亮点。温度T＜T时为普通121晶体，温度T＞T时为各向同性的液体。2根据分子的不同排列情况，液晶可分为下列三种类型：2007-7-21崎山苑工作室411向列型液晶向列型液晶nema

4、ticliquidcrystal分子呈棒状，分子的质心没有长程的有序性，分子沿上下方向排列整齐，沿前后方向排列不规则，这种形态的化合物形成向列型液晶。如图所示。向列型液晶材料一般是人工合成的有机物质。利用向列型液晶的动态散射效应可以制作各种显示器件。2007-7-21崎山苑工作室522胆甾型液晶胆甾型液晶cholestericliquidcrystal如图，由许多层分子，每层分子的排列方向相同，但相邻两层分子排列方向稍有旋转，通过层叠形成螺旋结构。当分子的排列旋转360度而又回到原来方向时，分子排列完全相同的两层间的距离称为胆甾型液晶的螺距。胆甾型液

5、晶具有温度效应，随着温度的变化，有选择地反射光。利用温度效应，可以探测微电子学中热点（短路处），检查制冷机的漏热，以及诊断疾病，探查肿瘤，探知金属材料和零件的缺陷等等。2007-7-21崎山苑工作室633近晶型液晶近晶型液晶smecticliquidcrystal如图，分子呈棒状，排列成层，各层之间的距离可以变动，但分子不会来往于层间，只能在本层中活动，这类液晶在排列上的有序程度上和晶体相近，称为近晶型。液晶的独特性质是它对各种外界因素的微小变化都很敏感，很小的外界能量就能使它的结构发生变化，从而使相应的功能发生变化。发现的效应有电光效应、热效应、磁

6、效应、光生伏特效应、超声效应、应力效应、物理化学效应、辐射效应等等。2007-7-21崎山苑工作室733近晶型液晶近晶型液晶smecticliquidcrystal如图，分子呈棒状，排列成层，各层之间的距离可以变动，但分子不会来往于层间，只能在本层中活动，这类液晶在排列上的有序程度上和晶体相近，称为近晶型。液晶的独特性质是它对各种外界因素的微小变化都很敏感，很小的外界能量就能使它的结构发生变化，从而使相应的功能发生变化。发现的效应有电光效应、热效应、磁效应、光生伏特效应、超声效应、应力效应、物理化学效应、辐射效应等等。2007-7-21崎山苑工作室8

7、8.28.2液体的彻体性质液体的彻体性质一、一、heatcapacityheatcapacity实验表明，固体熔解前后，固体的热容量与液体的热容量相差很少。上面数据说明液体和固体内部热运动的情况相近，液体中分子热运动的主要形式也是振动。2007-7-21崎山苑工作室9二、热膨胀二、热膨胀温度升高时液体体积增大的现象称为热膨胀。热膨胀的原因之一是分子间引力及斥力的不对称（与固体热膨胀原因相同）；之二是液体内部孔隙的出现，孔隙使液体具有海绵的特点。ΔVβ为液体的热膨胀系数，随温度的升=βΔtV高而增大，随压强的增大而减小。2007-7-21崎山苑工作室1

8、0三、热传导三、热传导液体的热传导机构上靠热振动之间的相互联系，将热运动能量逐层传递的。由于热传导系数很小，