南農物理第二章物體表面張力系數

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

§1液體的表面張力2、相關演示實驗：金屬圈，在直徑位置用細線連接，浸入肥皂液后在金屬圈上形成完整的肥皂膜把右側膜戳破細線一側的膜被破壞后沒有形成半圓形而是細線受肥皂膜牽動彎曲，形成彎月形。結論：(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收縮的趨勢，使液面的周界上受到一個張力，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1、表面張力可以想象在液體表面內任一截線兩邊，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。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（1）決定于物質的種類;（2）受溫度影響;（3）跟與之相鄰的物質種類有關;（4）與液體所含雜質有關。表面活性物質與非表面活性物質。練：2-13、表面能由于液面有自動收縮的趨勢，所以增大液體表面積時需要克服表面張力做功，進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。要保持薄膜面積不變，需在BC邊施加作用力F，則FL如圖所示設想BC邊在F作用下勻速移動一段距離至，則外力F做功為：FL等溫條件下，外力所做的功將轉化為液體表面的能量，稱之為表面能。則：可見，表面張力系數在數值上等于在等溫條件下液體表面增加單位面積時所增加的表面能，稱之為比表面能。結論解：將空氣等溫吹進肥皂泡內,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1:4、表面張力系數的測量——液滴法設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量為M的待測液體，液體在管口形成圖示液滴。當液滴的重量增大到使表面張力不足以支持時，液滴由頸處斷裂。第二節(jié)彎曲液面（潤濕與不潤濕現象）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，它就會擴展開來，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、潤濕現象的微觀本質從微觀上看，液體與固體接觸時：

液體分子之間的吸引力，稱為內聚力；液體分子與固體分子之間的吸引力稱為附著力。潤濕：附著力大于內聚力。不潤濕：附著力小于內聚力。三、接觸角在液體、固體壁和空氣交界處作液體表面的切面，此面與固體壁經液體內部所夾的角度稱為這種液體對該固體的接觸角。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一、附加壓強的存在演示實驗：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)現此時B中水面變成凸液面。B圖1圖2B實驗說明：另外，B管中凸液面下c點的壓強等于A管中與之處在同一水平面b處的壓強。可見，由于表面張力的作用，使彎曲液面內無限接近液面處液體的壓強與液面外的壓強之間存在著壓強差稱為彎曲液面下的附加壓強。因為：所以，B二、附加壓強的方向液面可能呈現三種不同的狀態(tài)，如下圖所示：分別取一小面元進行討論，A、B兩點分別為表面層兩側無限靠近的兩點。（a）平液面（如圖a）：分別取一小面元進行討論，A、B兩點分別為表面層兩側無限靠近的兩點。（b）凸液面（如圖b）：（c）凹液面（如圖c）：附加壓強的方向始終指向彎曲液面的曲率中心!三、附加壓強的大小1、球形液面的附加壓強設有一的球形液滴如圖，半徑為R,表面張力系數為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外的壓強如圖所示半徑為R的肥皂泡，A為泡外一點，C為泡內一點，已知肥皂液的表面張力系數為α，分析A、C兩點壓強的關系。（1）區(qū)分液泡與液滴的差別（2）液膜很薄，泡內外半徑近似相等（3）在膜內取點B，得到結論ACB2、部分球面的附加壓強——R表示液面在討論點處的曲率半徑。例2：已知在圖示的內半徑r=0.3mm的細玻璃管中注入水，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半徑相同。(水的表面張力系數)求：管中所懸水柱的長度h解：設B、A分別為上下液面表面內的一點，兩處的壓強分別為PA、PB，大氣壓為P0，則因為，所以，3、任意彎曲液面的附加壓強:ONABDC如圖所示：彎曲液面O-ABCD，O是液面上任一點，ON為過O點的法線。如圖中α

、β面相互垂直且都經過法線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正截口。R1、R2是通過液面上任一點互相垂直的正截口的曲率半徑。

R1、R2正截口是經過同一條法線的兩個相互垂直截面與該彎曲液面的交線。已有結果：任意一對互相垂直的正截口的曲率半徑倒數之和都相同。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）平衡當液體浸潤管壁時：)AB液體CA)B液體第四節(jié)毛細現象一、毛細現象由于表面張力在細管中引起的附加壓強顯著，使液體的表面升高或降低，這種現象稱為毛細現象。液體qhＣＡqRrＢ而液體平衡，故二、毛細管公式——朱倫公式又由圖可以看出：——朱倫公式表明：毛細管中液面上升的高度與表面張力系數成正比，與毛細管半徑成反比．因此毛細管越細，液面上升就越高．例：當液體不浸潤管壁時液體hABC毛細管中液面下降的高度仍能用上式表示，只是這時接觸角為鈍角，cos<0因此h＜０，表示管內液面比管外低((h液體例：將長為L,上端密封的豎直毛細管與液面接觸,則液面上升高度為h.已知接觸角為,液體密度為,毛細管內徑為d,大氣壓強為,求液體的表面張力系數.應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，兩板將各受到一個使其相互靠近的力。試解釋這一現象。思考與討論