热学-液体课件.ppt

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1、液体有一定的体积，但没有固定的形状，除液晶外，液态与非晶态固体一样呈各向同性。本章介绍液体的微观结构与彻体性质。第八章液体§8-1液体的微观结构§8-2液体的彻体性质§8-3液体的表面现象§8-4弯曲液面附加压强§8-5湿润与不湿润、毛细现象一、液体的短程有序结构液体分子间平均距离比固体约大3%，虽然液体分子一样一个紧挨一个排列，但却不是严格周期性的密堆积，而是一种较为疏松的长程无序、短程有序堆积。液体微观结构特征:§8-1液体的微观结构若认为每一个粒子都是大小相同的刚性球，图（a）是这些小球密堆积后的图形，如规则的晶体结构，每一个粒子周围有6个最近邻粒子。图（a）图

2、(b)图（b）是先在某个中心粒子周围排列5个粒子，然后由里向外，按每个原子周围均有5个粒子那样去排列。可见，这是一种疏松的排列，这样的系统仅在中心粒子周围数个粒子线度内具有排列的有序性。把能反映出一定的排列规律性的粒子的群体称为一个单元。液体，就是由很多个类似的单元组成。同一单元粒子排列取向相同，不同单元粒子排列取向不同，所以液体具有短程有序，长程无序的特征。0.10.30.50.70.9123Or/10-9m液态汞（高度单位任意）平均固态汞利用x射线、电子或中子射线衍射可以测定物质的径向分布函数。下图是利用x射线衍射方法测的的液态汞和晶体汞的径向分布函数。说明：（1

3、）液体曲线在距离足够大时，趋向一条水平线，说明液体确实和气体一样具有长程无序。（2）在时，曲线有起伏，第一个峰与晶态汞的晶体衍射峰位置接近，第一个谷与晶体的第二个衍射峰接近。可见，在短程（几个分子直径线度）的范围内，液体有与晶体相类似的有序性。液体在小范围内出现“半晶体状态”的微观结构。此外，液体分子排列较疏松，液体内部有许多微小的空隙，可以溶解或吸收少量气体分子。液体沸腾时的气泡即由溶解在液体内部的气体积聚而成。水生物也依靠水中溶解的空气而生存。二、液体分子的热运动实验说明，液体中的分子与晶体中分子一样在平衡位置附近作振动。不同单元分子振动模式不同，但这种状况仅保持

4、一短暂时间，由于涨落等因素，单元会被破坏，并且新组成新单元。可作如下比喻：所有分子都过着游牧生活，短时间迁移和比较长期的定居生活相互交替。两次迁移之间所经历的平均定居时间比分子在单元中振动周期长得多。的大小与分子力和热运动有关；分子越紧密，越大，分子越不易移动；分子运动越剧烈，越小，分子越易迁移。三、非晶态固体与液体非晶态固体属固体材料，但它的微观结构却与液体非常类同，可以认为它是一种没有流动性的液体或是的液体。因，外力作用于非晶态固体的时间总是远小于，所以它能呈现弹性形变。可以估计到，当外力作用的时间远小于液体时，液体也会发生弹性形变，范性形变与断裂。在非常强的冲击

5、力作用下，液体也会象玻璃那样碎裂。返回一、热传导与非晶态固体相似，液体的热传导主要借助于分子间的振动，导热系数很低。二、热容（3）实验证实，液体的热容与温度有关。（2）固体的体膨胀系数小，可认为固体的液体的体膨胀系数比固体大的多，所以要比固体大。（1）固体与液体的热容相差甚小，说明液体分子也是在平衡位置附近作振动。§8-2液体的彻体性质三、扩散假设在单原子分子组成的二维液体中，有一标号为i的分子,它与其邻近分子p、q、r、s、t组成一个单元，从而存在一个短程有序。tpirxqsxaEdEdE(x)Eki分子受其他分子作用而处于深度为的势阱中作热运动，分子只有克服分子的

6、吸引力，同时把分子推开后，才能穿过单元的边界而逸出，在新的位置又于其他分子组成新的单元。液体分子的扩散就是这样一步步跳过去的。其形式与固体中填隙原子的扩散十分类似。液体分子越过能量的势垒的概率正比于故液体的扩散系数：其中D0是一常数，为液体扩散的激活能。可以认为，平均每一分子在两次跳动之间的时间间隔就等于平均居留时间越短，扩散速率就越大为与居留时间有关的常数四、粘性液体分子受单元中其他分子作用力的束缚，不可能在相邻两流层间运动而输运动量，因而粘性较气体大.液体的粘性与单元对分子的束缚力有关。束缚的强弱与有关，与有关，大，流动性小，粘度大。实验证实：为一常数返回一、表面

7、张力与表面能表面张力是作用于液体表面上使液面具有收缩现象的一种力表面张力系数：液体表面单位长度上的表面张力。如图，若使BC保持不动ABCDF§8-3液体的表面现象若BC移动dx,则外力作功可见，表面张力系数等于增加单位表面积时，外力所需做的功从能量角度考虑：外力F做的功dA完全用于克服表面张力，从而转变为表面能F表说明:表面张力系数在数值上等于在等温条件下增加单位面积时，所增加的表面能（热力学中称表面自由能）。二、表面能与表面张力系数微观上看，表面张力是由于液体表面的过渡区域（称为表面层）内分子力作用的结果。表面层的厚度大致等于分子有效作用距离R0,