ch3液體的表面現(xiàn)象ppt課件

1、也許你曾經(jīng)留意也許你曾有所思為什么毛筆出水自聚合植物葉面水成滴蚊子站立水面上鋼針?biāo)喜怀谅錃馇蛟酱翟绞×Ψ试砣芩鹋菽で锒嘤徐F彌漫清晨常見(jiàn)地潮濕上述現(xiàn)象皆有因本章內(nèi)容道根底毛細(xì)管中水升位紙張見(jiàn)水便潤(rùn)濕 與固體接觸的液體表面存在潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕現(xiàn)象；與固體接觸的液體表面存在潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕現(xiàn)象；上述兩種現(xiàn)象使得細(xì)管即毛細(xì)管中的液體有毛細(xì)現(xiàn)象。上述兩種現(xiàn)象使得細(xì)管即毛細(xì)管中的液體有毛細(xì)現(xiàn)象。 與氣體接觸的液體表面存在表面張力現(xiàn)象，從而使彎曲液與氣體接觸的液體表面存在表面張力現(xiàn)象，從而使彎曲液面內(nèi)外有附加壓強(qiáng)差；面內(nèi)外有附加壓強(qiáng)差；液體的表面液體的表面表面層表面層液體與氣體的分界面液體與氣體的分界面液體與

2、另一種液體的分界面液體與另一種液體的分界面附著層附著層液體與固體的分界面液體與固體的分界面3.1 液體的表面張力液體的表面張力3.2 彎曲液面的附加壓強(qiáng)彎曲液面的附加壓強(qiáng)3.3 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象3.4 蒸發(fā)與凝結(jié)蒸發(fā)與凝結(jié) 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：3.1 液體的表面張力液體的表面張力一、液體的微觀結(jié)構(gòu)一、液體的微觀結(jié)構(gòu) 液體分子間作用力顯著。宏觀上表現(xiàn)為不易壓縮性。宏觀上表現(xiàn)為不易壓縮性。液體分子在平衡位置附近做振動(dòng)和在液體內(nèi)移動(dòng)。液體分子在平衡位置附近做振動(dòng)和在液體內(nèi)移動(dòng)。 液體分子在每一個(gè)平衡位置上振動(dòng)的時(shí)間。液體分子在每一個(gè)平衡位置上振動(dòng)的時(shí)間。分子的定居時(shí)間：分子的定居時(shí)間：不同液體，隨著

3、溫度、壓強(qiáng)的不同，定居時(shí)間不同。不同液體，隨著溫度、壓強(qiáng)的不同，定居時(shí)間不同。 在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面層。層液體稱為液體的表面層。 當(dāng)外力作用時(shí)間當(dāng)外力作用時(shí)間 定居時(shí)間定居時(shí)間表現(xiàn)為液體的流動(dòng)性表現(xiàn)為液體的流動(dòng)性 當(dāng)外力作用時(shí)間當(dāng)外力作用時(shí)間 0 還是還是 Ps 03PP - - 0 BAPP 由于 所以所以那么形成那么形成 B B 的肥皂薄膜最后會(huì)不會(huì)流經(jīng)連通管，完全到達(dá)的肥皂薄膜最后會(huì)不會(huì)流經(jīng)連通管，完全到達(dá) A A?已知直徑已知直徑d = 0.01 mm 的空氣泡在水下的深度的空氣泡在水下

4、的深度 h = 20 cm 處，處，設(shè)水面壓強(qiáng)為大氣壓設(shè)水面壓強(qiáng)為大氣壓 P0 = 1.013105 Pa ，已知水的密度，已知水的密度 r = 103 kgm-3 ，水的表面張力系數(shù)，水的表面張力系數(shù) a = 7210-3 Nm-1 。解解h氣氣水水ghPP 0氣泡外氣泡外由題意得：由題意得：RPP 2- - - -氣泡內(nèi)氣泡內(nèi)氣泡外氣泡外而而所以所以dghPP 40 氣氣泡泡內(nèi)內(nèi)33351001. 0107242 . 08 . 91010013. 1- - - Pa 1032. 15 例例求求氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)。氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)。3.3 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象一、潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕一、潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕附著層

5、：附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的液體層。液體層。取決液體和固體的性質(zhì)取決液體和固體的性質(zhì)潤(rùn)濕潤(rùn)濕不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕內(nèi)聚力：內(nèi)聚力：液體內(nèi)部分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力液體內(nèi)部分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力附著力：附著力：固體分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力固體分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力 潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕是由附著層分子力引起的。潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕是由附著層分子力引起的。內(nèi)聚力大于附著力內(nèi)聚力大于附著力A不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕內(nèi)聚力小于附著力內(nèi)聚力小于附著力A潤(rùn)濕潤(rùn)濕f f 液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度由接觸角來(lái)表示。液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度由接觸角來(lái)表示。

6、接觸角：接觸角：在液、固體接觸時(shí)，固體表面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部與液體表在液、固體接觸時(shí)，固體表面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部與液體表面所夾的角。面所夾的角。通常用通常用 q q 來(lái)表示。來(lái)表示。液體潤(rùn)濕固體；液體潤(rùn)濕固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，2 q q 液體不潤(rùn)濕固體；液體不潤(rùn)濕固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0 q q液體完全潤(rùn)濕固體；液體完全潤(rùn)濕固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， q q 液體完全不潤(rùn)濕固體；液體完全不潤(rùn)濕固體；q q潤(rùn)濕潤(rùn)濕q q不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕附著層附著層附著層附著層二、毛細(xì)現(xiàn)象二、毛細(xì)現(xiàn)象 將細(xì)的管插入液體中，如果液體潤(rùn)濕管壁，液面成凹液面，將細(xì)的管插入液體中，如果液體潤(rùn)濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內(nèi)升高；如果液體不潤(rùn)濕管

7、壁，液面成凸液面，液體液體將在管內(nèi)升高；如果液體不潤(rùn)濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內(nèi)下降。這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。將在管內(nèi)下降。這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。hh能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的細(xì)管稱為毛細(xì)管。能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的細(xì)管稱為毛細(xì)管。1、毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因固固體體液體液體如果液體對(duì)固體潤(rùn)濕，如果液體對(duì)固體潤(rùn)濕，則接觸角為銳角。則接觸角為銳角。 固固體體液體液體h如果液體對(duì)固體不潤(rùn)濕，如果液體對(duì)固體不潤(rùn)濕，則接觸角為鈍角。則接觸角為鈍角。 h 容器口徑很小，附加壓強(qiáng)的存在將容器口徑很小，附加壓強(qiáng)的存在將使管內(nèi)液面升高，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。使管內(nèi)液面升高，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。 容器口徑很小，附加壓強(qiáng)的

8、存在容器口徑很小，附加壓強(qiáng)的存在將使管內(nèi)液面降低，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。將使管內(nèi)液面降低，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。設(shè)管內(nèi)液面為一半徑為設(shè)管內(nèi)液面為一半徑為 R 的凹球面的凹球面q qcosRr 附加壓強(qiáng)為：附加壓強(qiáng)為：0PPPAs- - rPPAq q cos20- - 即即2、毛細(xì)管中液面上升或下降的高度、毛細(xì)管中液面上升或下降的高度由幾何關(guān)系可知：由幾何關(guān)系可知：RR 2- - rq q cos2- - CBAr0P又又ghPPAB - -且且0PPPCB grh q q cos2 得：得：h 潤(rùn)濕管壁的液體在毛細(xì)管中上升的高度與液體的潤(rùn)濕管壁的液體在毛細(xì)管中上升的高度與液體的表面張力系數(shù)成正比，與毛細(xì)管的

9、截面半徑成反比。表面張力系數(shù)成正比，與毛細(xì)管的截面半徑成反比。討論討論grh q q cos2 (1) 若液體不潤(rùn)濕管壁，那么若液體不潤(rùn)濕管壁，那么grh q q cos2 可得：可得： q q 2管內(nèi)液面下降。管內(nèi)液面下降。0 中午中午AA減小，毛細(xì)水下降。減小，毛細(xì)水下降。清晨清晨A增加，毛細(xì)水上升。增加，毛細(xì)水上升。 夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數(shù)較大；夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數(shù)較大；而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數(shù)較小，而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數(shù)較小，水分會(huì)沿毛細(xì)管上移。所以拂曉時(shí)分土壤表層水分水分會(huì)沿毛細(xì)管上移。所以拂曉時(shí)分土壤表層水分含量高于正

10、常水平。含量高于正常水平。保持土壤水分是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。保持土壤水分是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的一個(gè)重要問(wèn)題。 對(duì)于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細(xì)管全部被液態(tài)水充滿，通對(duì)于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細(xì)管全部被液態(tài)水充滿，通氣性能差；含水量過(guò)低，植物吸水困難，對(duì)作物生長(zhǎng)不利。為了保持土壤中氣性能差；含水量過(guò)低，植物吸水困難，對(duì)作物生長(zhǎng)不利。為了保持土壤中適當(dāng)?shù)暮浚哼m當(dāng)?shù)暮浚?(1) 增加腐殖質(zhì)不僅補(bǔ)充了肥料，還可以改善土壤的空隙結(jié)構(gòu)，增加毛管增加腐殖質(zhì)不僅補(bǔ)充了肥料，還可以改善土壤的空隙結(jié)構(gòu)，增加毛管水的貯量；水的貯量；(2) 溫室中通常以滲流灌溉并對(duì)土壤含水量進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控；溫室中

11、通常以滲流灌溉并對(duì)土壤含水量進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控； (3) 對(duì)于田間耕種，旱田播種后把地表壓實(shí)可以使土壤顆粒之間形成較好對(duì)于田間耕種，旱田播種后把地表壓實(shí)可以使土壤顆粒之間形成較好的毛細(xì)管，利于水分上升至地表；而冬天則應(yīng)把土壤翻松，破壞土壤的毛細(xì)的毛細(xì)管，利于水分上升至地表；而冬天則應(yīng)把土壤翻松，破壞土壤的毛細(xì)管，使水分不易上升到地表而被蒸發(fā)掉。管，使水分不易上升到地表而被蒸發(fā)掉。(2) 毛細(xì)永動(dòng)機(jī)能否制造出來(lái)？毛細(xì)永動(dòng)機(jī)能否制造出來(lái)？由由 可知：可知：grh q q cos2 液體沿毛細(xì)管液體潤(rùn)濕管壁）液體沿毛細(xì)管液體潤(rùn)濕管壁）“自動(dòng)地上升自動(dòng)地上升的的 如果毛細(xì)管的實(shí)際高度如果毛細(xì)管的實(shí)際高度 h

12、0 比液體上升的高度比液體上升的高度 h 小，小，液體能否自動(dòng)從管子中流出來(lái)形成液體能否自動(dòng)從管子中流出來(lái)形成“毛細(xì)永動(dòng)機(jī)毛細(xì)永動(dòng)機(jī)”？高度似乎與毛細(xì)管的實(shí)際高度沒(méi)有關(guān)系。高度似乎與毛細(xì)管的實(shí)際高度沒(méi)有關(guān)系。h實(shí)際上，毛細(xì)永動(dòng)機(jī)是不可能存在的。實(shí)際上，毛細(xì)永動(dòng)機(jī)是不可能存在的。P0AP0液體潤(rùn)濕管壁會(huì)產(chǎn)生一定的接觸角液體潤(rùn)濕管壁會(huì)產(chǎn)生一定的接觸角q ，形成凹形液面，形成凹形液面，從而產(chǎn)生一定的附加壓強(qiáng)，即從而產(chǎn)生一定的附加壓強(qiáng)，即 A 點(diǎn)的壓強(qiáng)為點(diǎn)的壓強(qiáng)為 ，在大氣壓的作，在大氣壓的作用下，液面會(huì)上升；用下，液面會(huì)上升；002PRPPA n時(shí)，宏觀上則表現(xiàn)為蒸發(fā)；時(shí)，宏觀上則表現(xiàn)為蒸發(fā)；當(dāng)當(dāng)

13、n nn n，直，直到液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麜r(shí)，蒸發(fā)過(guò)程到液體全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麜r(shí)，蒸發(fā)過(guò)程才停止。才停止。 而在密閉容器中，容器內(nèi)蒸汽的密度不斷增大，返回液體而在密閉容器中，容器內(nèi)蒸汽的密度不斷增大，返回液體的分子數(shù)也不斷增多，當(dāng)?shù)姆肿訑?shù)也不斷增多，當(dāng) n = nn = n時(shí)，液時(shí)，液氣達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，氣達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的蒸汽叫做飽和蒸汽，由它而產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做飽和蒸汽壓。此時(shí)的蒸汽叫做飽和蒸汽，由它而產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做飽和蒸汽壓。二、飽和蒸汽壓二、飽和蒸汽壓 在一定溫度下，飽和蒸汽壓具有恒定的值，與其體積的大在一定溫度下，飽和蒸汽壓具有恒定的值，與其體積的大小以及有無(wú)其它氣體存在無(wú)關(guān)。小以及有無(wú)其它氣體

14、存在無(wú)關(guān)。 對(duì)于容易揮發(fā)的液體，表面層內(nèi)的分子受對(duì)于容易揮發(fā)的液體，表面層內(nèi)的分子受液體內(nèi)部分子束縛較小，飽和蒸汽壓較大。液體內(nèi)部分子束縛較小，飽和蒸汽壓較大。三、影響飽和蒸汽壓的因素三、影響飽和蒸汽壓的因素(1) 液體本身的性質(zhì)液體本身的性質(zhì):(2) 溫度溫度: 溫度越高，分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，表面層的分子溫度越高，分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，表面層的分子越容易擺脫液體的束縛逃出液面，飽和蒸汽壓越高。越容易擺脫液體的束縛逃出液面，飽和蒸汽壓越高。(3) 液面的彎曲情況：液面的彎曲情況：如下圖如下圖 當(dāng)容器內(nèi)液體和蒸汽達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)容器內(nèi)液體和蒸汽達(dá)到平衡時(shí), 水平水平液面上方飽和蒸汽壓為液面上方

15、飽和蒸汽壓為 PC ，而毛細(xì)管內(nèi)彎，而毛細(xì)管內(nèi)彎曲液面上方飽和蒸汽壓為曲液面上方飽和蒸汽壓為 PC ，液體和飽和，液體和飽和蒸汽的密度分別為蒸汽的密度分別為 r 和和 r 。hABCPCP毛細(xì)管半徑為毛細(xì)管半徑為 r ，接觸角為，接觸角為。 hABCPCPBCPP 那么那么rapghCq q cos2- - raPPghCCq q cos2 - - raghq q cos2 即即grah)(cos2 q q - - 得得raghPPCCq q cos2)( - - - - 由于由于 ，所以，所以 ，即凹形液面上的飽和蒸汽壓小，即凹形液面上的飽和蒸汽壓小于水平液面上的飽和蒸汽壓，蒸汽容易發(fā)生凝結(jié)

16、現(xiàn)象。于水平液面上的飽和蒸汽壓，蒸汽容易發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。 CCPP 如土壤從孔隙空氣中吸收大量的水分。如土壤從孔隙空氣中吸收大量的水分。)2(RaPghC- - raPPCCq q cos2 - - - - 同理可以證凸液面上的飽和蒸汽壓同理可以證凸液面上的飽和蒸汽壓 和水平液面上的飽和水平液面上的飽和蒸汽壓和蒸汽壓 PC 之差的計(jì)算公式之差的計(jì)算公式CP 凸液面上方飽和蒸汽壓較大，蒸汽就不易在凸液面上凝結(jié)凸液面上方飽和蒸汽壓較大，蒸汽就不易在凸液面上凝結(jié) 。 CCPP 有時(shí)蒸汽壓強(qiáng)已超過(guò)水平液面上飽和蒸汽壓的幾倍，仍無(wú)法形有時(shí)蒸汽壓強(qiáng)已超過(guò)水平液面上飽和蒸汽壓的幾倍，仍無(wú)法形成液滴。這種蒸汽稱

17、為過(guò)飽和蒸汽。成液滴。這種蒸汽稱為過(guò)飽和蒸汽。因?yàn)橐驗(yàn)樗运运?、典型?shí)例四、典型實(shí)例人工降雨人工降雨小水滴小水滴凝結(jié)凝結(jié)大水滴大水滴雨或雪雨或雪凝結(jié)核凝結(jié)核蒸汽中的蒸汽中的雜質(zhì)微粒雜質(zhì)微粒被水潤(rùn)濕被水潤(rùn)濕碘化銀、氯化鈉、硫化物等碘化銀、氯化鈉、硫化物等 秋冬季節(jié)溫度降低時(shí)，地面上空的蒸汽秋冬季節(jié)溫度降低時(shí)，地面上空的蒸汽密度超過(guò)了該溫度下飽和蒸汽的密度，蒸汽密度超過(guò)了該溫度下飽和蒸汽的密度，蒸汽凝結(jié)成水珠，形成霜露、霧。凝結(jié)成水珠，形成霜露、霧。秋、冬季節(jié)的霜露、霧現(xiàn)象秋、冬季節(jié)的霜露、霧現(xiàn)象第第3章章 液體的表面現(xiàn)象液體的表面現(xiàn)象主要內(nèi)容主要內(nèi)容 ： 液體的表面張力、表面能、液體與固體接觸

18、處的液體的表面張力、表面能、液體與固體接觸處的表面現(xiàn)象，彎曲液面的附加壓強(qiáng)，生物組織和土壤中表面現(xiàn)象，彎曲液面的附加壓強(qiáng)，生物組織和土壤中的毛細(xì)現(xiàn)象。的毛細(xì)現(xiàn)象?；疽蠡疽?： 理解液體表面張力、表面張力系數(shù)的三個(gè)定義，理解液體表面張力、表面張力系數(shù)的三個(gè)定義，能求解彎曲液面的附加壓強(qiáng)、毛細(xì)管內(nèi)液面上升或下能求解彎曲液面的附加壓強(qiáng)、毛細(xì)管內(nèi)液面上升或下降的高度，了解液體表面張力、毛細(xì)現(xiàn)象在生物組織降的高度，了解液體表面張力、毛細(xì)現(xiàn)象在生物組織和土壤中的應(yīng)用。和土壤中的應(yīng)用。課堂作業(yè) 判斷題判斷題: :(1) 表面張力系數(shù)與液面的大小有關(guān)。表面張力系數(shù)與液面的大小有關(guān)。(2) 表面張力是由

19、于液面層分子受力不對(duì)稱引起的。表面張力是由于液面層分子受力不對(duì)稱引起的。(3) 液體的表面能與表面積成正比。液體的表面能與表面積成正比。(4) 對(duì)于凸形液面，液內(nèi)壓強(qiáng)小于液外壓強(qiáng)。對(duì)于凸形液面，液內(nèi)壓強(qiáng)小于液外壓強(qiáng)。(5) 毛細(xì)現(xiàn)象完全是由表面張力引起的。毛細(xì)現(xiàn)象完全是由表面張力引起的。填空題填空題: :(1) 液體具有特殊的表面性質(zhì)，在與空氣接觸處形成的液體具有特殊的表面性質(zhì)，在與空氣接觸處形成的表面表現(xiàn)出表面表現(xiàn)出 ，而在與固體接觸處形成的表面，而在與固體接觸處形成的表面出現(xiàn)出現(xiàn) 現(xiàn)象。現(xiàn)象。(2) 當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，液體當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時(shí)，液體 固體表面；固體表面；而當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，液體而當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，液體 固體表面。固體表面。(3) 液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度可用接觸角液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程