《液体表面的性质》PPT课件

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1、§9-11液体的表面性质现象一、表面张力(surfacetension)----表面张力现象及其微观本质（2）蚊子能够站在水面上；（3）钢针能够放在水面上；（1）荷叶上的水珠呈球形；（4）肥皂膜的收缩；说明：①力的作用是均匀分布的，力的方向与液面相切；②液面收缩至最小。这种使液体表面具有收缩趋势的，存在于液体表面上的张力称为表面张力。表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。本质：在液体中，虽然每个分子与最邻近分子之间的斥力和引力相抵消，但其它分子对这个分子的作用却都表现为大小不等的引力作用。在

2、液体与气体的分界面处厚度等于分子有效作用半径的那层液体称为液体的表面。液体的表面：表面层液体内部液面液体中两个分子和受周围分子引力作用的情形。分子处于液体内部，受到的引力必定是球对称的，合力等于零。处于表面层中的分子所受的引力作用不再是球对称的，合力不等于零。所以，处于表面层中的液体分子都受到垂直于液面并指向液体内部的力的作用。表面层液体内部液面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

3、表面能，用E表示。任何系统的能量越小越稳定，对于一个液体系统，在稳定状态下应该具有最低的表面能，这就要求表面层中应包含尽可能少的分子，从而也就要求液体系统应具有最小的表面积，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，液体的表面张力就是这种趋势在宏观上的表现。表面张力是宏观力，与液面相切。二、表面张力系数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′。1、表面张力系

4、数的定义从力的角度定义AB(1)(2)ff’从做功的角度定义称为表面张力系数，表示单位长度直线两旁液面的相互作用拉力，在国际单位制中的单位为N·m-1。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：如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为σ，将AB边无摩擦、匀速、等温地右移△x则在这个过程中外力F所做的功为:△S指的是这一过程中液体表面积的增量，所以：表示增加单位表面积时，外力所需做的功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，表面能的增加。表

5、面能的增加量E应等于外力所作的功A，即：E=A=S在AB边上加的力为：F=2σl，与液体的性质有关：不同液体，σ值不同；密度小、易挥发的液体σ值较小。如酒精的α值很小，金属熔化后的σ值很大。与相邻物质性质有关：同一液体与不同物质交界，σ值不同。与温度有关：温度升高，σ值减小。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σ值增加；有的使其σ值减小。使σ值减小的物质称为表面活性物质。2、影响表面张力系数的因素大水滴的面积为例解设小水滴数目为n，n个小水滴的总面积为在融合过程

6、中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则表面张力系数求所释放出的能量溶合过程中释放的能量半径为r=2×10-3mm的n个小水滴融合成一半径为R=2mm的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表面张力系数=73×10-3N·m-1在此过程中保持不变)与水接触的油的表面张力系数σ=1.8×10-2N·m-1，为了使1.0×10-3kg的油滴在水内散布成半径r=10-6m小油滴，（散布过程可以认为是等温的，油的密度为ρ=900kg·m-3）。设一个半径为R的大油滴等温地散布成N个小油滴，因而所需作的功为例解油的质量m不变，则求

7、需要作多少功可得：三、弯曲液面的附加压强对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近液面的两侧就形成一压强差，称为附加压强。1、弯曲液面的附加压强表面层中取一小薄层液片分析其受力情况（忽略其所受的重力），ffP0Δs水平液面:可知分析小薄层液片受力情况，fΔsP0PsP2凸形液面：f=P0+Ps周界上表面张力沿切线方向，由力平衡条件，液面下液体的压强：合力指向液面内，使液体受一附加压强Ps附加压强与外部压强相同为正，相反为负。分析小薄层液片受力情况，凹形液面：PsP3所以表面张力的合力方向不同，决定了是还是表面

8、张力的合力的方向与凹面法线方向相反，ffP0Δs=P0-Ps2、球形液面的附加压强df//df⊥dfrABCR（附加压强与表面张力的定量关系）作用在dl液块上的表面张力表面张力的合力为由于所以得球形弯曲液面的附加压强与表面张力系数成正比，与液面的曲率半径成反比。同理可以证明,对于凹形液面如图dl在水下深度为30cm处有一直径d=0.02mm的空气泡。设水面压