2011表面张力及毛细现象b.ppt

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1、表面张力与毛细现象一、   液体的界面液体与气体的差别——气体分子间的距离通常较大，而液体分子间的距离缩短了，分子力的作用显著增加，液体分子由于互相吸引，表现出气体分子所没有的内聚力和自由表面。液体和固体、器官组织接触处有一个附着层。在液体的表面，无论是在液体与空气之间的自由表面，或是在两种不能混合的液体之间的界面，或是在液体与固体之间的界面，各个方向的物理性质就不相同，即各向异性。在液体内部由于分子的紊乱运动，液体在各个方向的物理性质都是完全相同的，即各向同性。表面张力现象传统的表面张力实验有：浮针、浮币、金属框肥皂膜等水黾的高明之处：1、既不会划破水面，也

2、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。表面张力的演示实验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。表面张力（surfacetension）如果在金属线框中间系一线圈，一起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成一液膜。(a)(b)由于以线圈为边界的两边表面张力大小相等方向相反，所以线圈成任意形状可在液膜上移动，见(a)图。如果刺破线圈中央的液膜，线圈内侧张力消失，外侧表面张力立即将线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显示出表面张力的存在。表面张

3、力产生的原因，可以用分子间相互作用的分子力来加以解释。液体具有收缩其表面，使表面积达到最小的趋势。这说明液体表面存在着张力，这种张力称为表面张力。表面张力表面张力形成的原因分子间的作用力而当分子间的距离大于10-9m时，引力很快趋于零。当两分子间的距离大于r0而在10-10～10-9m时，分子间的作用力表现为引力;当两个分子间的距离r=r0时，分子间的作用力为零。分子间的平衡距离r0的数量级约为10-10m。未考虑分子间斥力作用平衡时情况如何？-------黄淑清热学教程FF’表面层内分子势能较体内高可见,位于液体表面层内的液体分子都受到了一个指向液体内部的力的作

4、用。在这些力的作用下，液体表面就处于一种特殊的紧张状态，在宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有表面张力。体内的分子A：同时受到其它分子的吸引力和相邻分子的排斥力。它们各自平衡,即合力为零;同时它们又相互平衡。在液体表面层的分子B则不同。由于分子作用球的破缺,引力不平衡,其合力Ｆ方向向下;这也使得斥力不平衡,合力Ｆ‘向上,以与Ｆ平衡。从横向(水平)看,分子的吸引力和排斥力，它们各自平衡（平面内轴对称）。表面层分子的密度小于内部的分子密度,分子间的平均距离大于平衡距离r0,.分子间作用力表现为引力。分子B受到的横向引力要大于横向斥力,故宏观上表面层表现出一个收缩的张

5、力。曲面下的附加压强如果液面是凹面，如图（C）所示，表面张力的合力将指向液体外部，对液面下的液体则产生一个负压力。如果液面是凸面，如图（b）所示，因表面张力沿周界与液面相切，则沿周界各个方向的表面张力F将产生一个指向液体内部的合力（正压力）。在图（a）中，液面是水平的，则表面张力F也是水平的，因此作用在AB周界上的表面张力相互平衡。P0与P产生的压力也是相互平衡的。附加压强与哪些因素有关呢？下面我们就球形液面的附加压强进行讨论。这种由于液面弯曲，由表面张力所产生的压强，即弯曲液面内外的压强差叫做附加压强，以P表示。与水平液面相比，由于液面弯曲，凸液面下的液体的压强

6、大于液体外部的压强，凹液面下的液体的压强小于液体外部的压强。此式表明，球形液面的附加压强和表面张力系数成正比，与曲率半径R成反比。曲率半径越小，附加压强越大。如果液面是凸的，曲率中心在液体内部，P取正值，说明液面内的压强大于液面外的压强；上式称为球形液面的拉普拉斯公式。如果液面是凹的，曲率中心在液体外部，P取负值，说明液面内的压强小于液面外的压强。球形液膜内外的附加压强及实验：由于液膜具有内外两个表面，所以球形液膜内外的压强差——球膜的附加压强：发现小泡将越来越小，大泡越胀越大。这就是小泡的附加压强大于大泡的附加压强的缘故。一些有趣的表面张力实验解释：演示实验：T

7、形塑料泡体在中央滴入几滴肥皂液把一块小的塑料泡沫漂浮于水面,不管怎样拨动泡沫,可看到它总是停在靠杯壁的地方,即使把它拨向水面中央亦如此慢慢地向杯内注入水,直至水面高出杯口而未溢出,可以看到,不管怎样拨动,泡沫每次都停在水面正中的位置,即使把它拨到边上它还是要浮到中间来将一根洗干净的玻璃棒插入水中,逐渐靠近浮水泡沫至某一距离,发现泡沫向玻璃棒“亲近”,直至碰在一起球形液面下的附加压强公式为:所以，平常见到的湖面上所漂浮的杂物总是靠在一起。表面能表面比本体有更多的能量使一个体系形成新的表面是需要做功,或者说要给体系一定的能量,如把肥皂泡吹大,把木材劈开等液体的表面能—

8、—增加单位