南農(nóng)物理第二章物體表面張力系數(shù)

第二章液體的表面現(xiàn)象表面張力附加壓強(qiáng)毛細(xì)現(xiàn)象液體的表面液體與空氣接觸形成表面層,由于表面層內(nèi)液體分子受力情況不同于液體內(nèi)部,使得液體表面具有不同于液體內(nèi)部的特殊性質(zhì).即液體表面相鄰液面之間存在著張力作用,表面張力.一、表面張力現(xiàn)象1、生活現(xiàn)象

§1液體的表面張力2、相關(guān)演示實(shí)驗(yàn)：金屬圈，在直徑位置用細(xì)線連接，浸入肥皂液后在金屬圈上形成完整的肥皂膜把右側(cè)膜戳破細(xì)線一側(cè)的膜被破壞后沒有形成半圓形而是細(xì)線受肥皂膜牽動(dòng)彎曲，形成彎月形。結(jié)論：(1)表面張力是存在于液體表面，使表面積縮為最小的力。(2)方向液體表面有自動(dòng)收縮的趨勢，使液面的周界上受到一個(gè)張力，此力垂直于周界，與該處液面相切，而指向液面收縮的方向。二、表面張力和表面張力系數(shù)1、表面張力可以想象在液體表面內(nèi)任一截線兩邊，相鄰兩部分液面之間也存在相互作用的拉力如圖所示：液面的表面張力系數(shù)。α表示作用于液面上單位長度線段上的表面張力。2、表面張力系數(shù)（1）決定于物質(zhì)的種類;（2）受溫度影響;（3）跟與之相鄰的物質(zhì)種類有關(guān);（4）與液體所含雜質(zhì)有關(guān)。表面活性物質(zhì)與非表面活性物質(zhì)。練：2-13、表面能由于液面有自動(dòng)收縮的趨勢，所以增大液體表面積時(shí)需要克服表面張力做功，進(jìn)而增加了液體的表面能。ABCD沾有液體薄膜，BC邊邊長為L，可以自由滑動(dòng)。要保持薄膜面積不變，需在BC邊施加作用力F，則FL如圖所示設(shè)想BC邊在F作用下勻速移動(dòng)一段距離至，則外力F做功為：FL等溫條件下，外力所做的功將轉(zhuǎn)化為液體表面的能量，稱之為表面能。則：可見，表面張力系數(shù)在數(shù)值上等于在等溫條件下液體表面增加單位面積時(shí)所增加的表面能，稱之為比表面能。結(jié)論解：將空氣等溫吹進(jìn)肥皂泡內(nèi),吹成一半徑為R=2.5×10-2m的肥皂泡.求增大肥皂泡表面積所需要做的功.已知×2×3.93×10-4J練習(xí)1:4、表面張力系數(shù)的測量——液滴法設(shè)裂痕處圓周線直徑為d，則表面張力在液滴即將下落的瞬間重力與張力平衡用移液管吸取質(zhì)量為M的待測液體，液體在管口形成圖示液滴。當(dāng)液滴的重量增大到使表面張力不足以支持時(shí)，液滴由頸處斷裂。第二節(jié)彎曲液面（潤濕與不潤濕現(xiàn)象）一、潤濕與不潤濕如果我們直接把水滴滴到干凈的玻璃板上，它就會(huì)擴(kuò)展開來，形成一薄層水，而把水銀滴到玻璃板上，水銀就將收縮成近似球形，我們稱水能潤濕玻璃板而水銀不潤濕玻璃。二、潤濕現(xiàn)象的微觀本質(zhì)從微觀上看，液體與固體接觸時(shí)：

液體分子之間的吸引力，稱為內(nèi)聚力；液體分子與固體分子之間的吸引力稱為附著力。潤濕：附著力大于內(nèi)聚力。不潤濕：附著力小于內(nèi)聚力。三、接觸角在液體、固體壁和空氣交界處作液體表面的切面，此面與固體壁經(jīng)液體內(nèi)部所夾的角度稱為這種液體對(duì)該固體的接觸角。圖c、d中?為鈍角，液體不潤濕固體，

,液體完全不潤濕。圖a、b中?為銳角，液體潤濕固體，為完全潤濕；bcda如圖所示第三節(jié)彎曲液面的附加壓強(qiáng)一、附加壓強(qiáng)的存在演示實(shí)驗(yàn)：圖1：B的頂端與A中水面在同一水平面上圖2：在圖1基礎(chǔ)上慢慢降低B管，使B管中的水面低于A中水面但并未流出，將發(fā)現(xiàn)此時(shí)B中水面變成凸液面。B圖1圖2B實(shí)驗(yàn)說明：另外，B管中凸液面下c點(diǎn)的壓強(qiáng)等于A管中與之處在同一水平面b處的壓強(qiáng)?？梢姡捎诒砻鎻埩Φ淖饔?，使彎曲液面內(nèi)無限接近液面處液體的壓強(qiáng)與液面外的壓強(qiáng)之間存在著壓強(qiáng)差稱為彎曲液面下的附加壓強(qiáng)。因?yàn)椋核?，B二、附加壓強(qiáng)的方向液面可能呈現(xiàn)三種不同的狀態(tài)，如下圖所示：分別取一小面元進(jìn)行討論，A、B兩點(diǎn)分別為表面層兩側(cè)無限靠近的兩點(diǎn)。（a）平液面（如圖a）：分別取一小面元進(jìn)行討論，A、B兩點(diǎn)分別為表面層兩側(cè)無限靠近的兩點(diǎn)。（b）凸液面（如圖b）：（c）凹液面（如圖c）：附加壓強(qiáng)的方向始終指向彎曲液面的曲率中心!三、附加壓強(qiáng)的大小1、球形液面的附加壓強(qiáng)設(shè)有一的球形液滴如圖，半徑為R,表面張力系數(shù)為α.在外力作用下半徑增大了一小量dR。所以，——拉普拉斯公式故在此過程中：外力做功為表面能增量為例1：試分析球形肥皂泡內(nèi)外的壓強(qiáng)如圖所示半徑為R的肥皂泡，A為泡外一點(diǎn)，C為泡內(nèi)一點(diǎn)，已知肥皂液的表面張力系數(shù)為α，分析A、C兩點(diǎn)壓強(qiáng)的關(guān)系。（1）區(qū)分液泡與液滴的差別（2）液膜很薄，泡內(nèi)外半徑近似相等（3）在膜內(nèi)取點(diǎn)B，得到結(jié)論ACB2、部分球面的附加壓強(qiáng)——R表示液面在討論點(diǎn)處的曲率半徑。例2：已知在圖示的內(nèi)半徑r=0.3mm的細(xì)玻璃管中注入水，一部分水在管的下端形成凸液面，其半徑R=3mm，管中凹液面的曲率半徑與管的內(nèi)半徑相同。(水的表面張力系數(shù))求：管中所懸水柱的長度h解：設(shè)B、A分別為上下液面表面內(nèi)的一點(diǎn)，兩處的壓強(qiáng)分別為PA、PB，大氣壓為P0，則因?yàn)?，所以?、任意彎曲液面的附加壓強(qiáng):ONABDC如圖所示：彎曲液面O-ABCD，O是液面上任一點(diǎn)，ON為過O點(diǎn)的法線。如圖中α

、β面相互垂直且都經(jīng)過法線ON，它們分別與彎曲液面相交于AOC和BOD，則AOC和BOD為該彎曲液面的一對(duì)正截口。R1、R2是通過液面上任一點(diǎn)互相垂直的正截口的曲率半徑。

R1、R2正截口是經(jīng)過同一條法線的兩個(gè)相互垂直截面與該彎曲液面的交線。已有結(jié)果：任意一對(duì)互相垂直的正截口的曲率半徑倒數(shù)之和都相同。解：例3：將少量水銀放在兩塊玻璃板間，在上板加多大的負(fù)荷才能使兩板間的水銀厚度處處都等于，并且每板與水銀的接觸面積為已知:=0.45N/m()PR2R2R1R1不平衡（a）（b）平衡當(dāng)液體浸潤管壁時(shí)：)AB液體CA)B液體第四節(jié)毛細(xì)現(xiàn)象一、毛細(xì)現(xiàn)象由于表面張力在細(xì)管中引起的附加壓強(qiáng)顯著，使液體的表面升高或降低，這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。液體qhＣＡqRrＢ而液體平衡，故二、毛細(xì)管公式——朱倫公式又由圖可以看出：——朱倫公式表明：毛細(xì)管中液面上升的高度與表面張力系數(shù)成正比，與毛細(xì)管半徑成反比．因此毛細(xì)管越細(xì)，液面上升就越高．例：當(dāng)液體不浸潤管壁時(shí)液體hABC毛細(xì)管中液面下降的高度仍能用上式表示，只是這時(shí)接觸角為鈍角，cos<0因此h＜０，表示管內(nèi)液面比管外低((h液體例：將長為L,上端密封的豎直毛細(xì)管與液面接觸,則液面上升高度為h.已知接觸角為,液體密度為,毛細(xì)管內(nèi)徑為d,大氣壓強(qiáng)為,求液體的表面張力系數(shù).應(yīng)用土壤水氣體栓塞思考與討論1將兩塊玻璃板豎直插入水中，使兩者距離很近，且部分漏出水面。此時(shí)，兩板將各受到一個(gè)使其相互靠近的力。試解釋這一現(xiàn)象。思考與討論