液體的表面張力現(xiàn)象課件

§8.2、液體的表面性質(zhì)一、液體的表面張力現(xiàn)象液體與空氣接觸形成表面層，其厚度的數(shù)量級與分子力作用球半徑的

數(shù)量級相同。由于表面層內(nèi)分子受力

情況不同與液體內(nèi)部，使得液體表面

具有一種不同于液體內(nèi)部的特殊性質(zhì)，即液體內(nèi)部相互液體間的相互作用力

表現(xiàn)為壓力，而液體表面相鄰液面的

相互作用力表現(xiàn)為張力。因此，液體

的表面有許多不同于液體內(nèi)部的獨特

的現(xiàn)象，稱為表面張力現(xiàn)象。2023/9/2112023/9/212許多現(xiàn)象表明，液體表面具有自動收縮的趨勢，液面的周界上受到一個拉力F，此力垂直于周界，與該處液面相切，而指向表示液面收縮趨勢的方向。2023/9/213在液體表面內(nèi)任一截線兩邊，相鄰兩部分液面之間存在相互作用的拉力，此力與截線垂直并與該處液面相切，這種力稱為液體的表面張力。表面張力是液體表面的內(nèi)力，通常把液面與固體周界之間相互作用的拉力也叫表面張力。因為此力跟粘附在固體周界上的液體表面與相鄰液面之間的內(nèi)力在數(shù)值上是相等的。二、表面張力和表面張力系數(shù)2023/10/24表面張力可以由實驗測定。實驗事實表明，表面張力f的大小與液面的周界（或截線）長度l成正比，即式中比例系數(shù)α

稱為表面張力系數(shù)，其數(shù)值等于液面上作用在每單位長度截線（或周界）上的表面張力。注意對液膜來說有兩個表面。表面張力系數(shù)α

的大小主要由物質(zhì)種類決定。一般說來，易揮發(fā)的液體α

值小，還跟與液體相鄰的物質(zhì)種類以及液體溫度有關(guān)，液體溫度越高，α

值越小。2023/10/25部分液體的表面張力系數(shù)2023/10/26水在不同溫度下的表面張力系數(shù)2023/10/27此外，表面張力還與液體所含雜質(zhì)有關(guān)，有的雜質(zhì)能使液體表面張力系數(shù)減小，能使表面張力系數(shù)減小的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)，例如皂類、洗滌劑等就是表面活性物質(zhì)。在冶金工業(yè)上，為了促使液態(tài)金屬結(jié)晶速度加快，常在其中加入少量的表面活性物質(zhì)（如在鋼水中加硼）。2023/10/28實驗事實表明，由于表面張力的作用，使彎曲液面內(nèi)無限接近液面處液體的壓強P與液面外的壓強P0之間存在著壓強差，此壓強差ΔP

=P?P0稱為彎曲液面下的附加壓強。實驗表明，在液面外同樣是大氣壓強P0的情況下，凸液面內(nèi)的壓強大于液面外的壓強，而凹液面內(nèi)的壓強小于液面外的壓強，且液面曲率半徑越小，所產(chǎn)生的附加壓強越大。三、彎曲液面下的附加壓強2023/10/29考察球形液面，由表面張力的定義：球形液面下的附加壓強公式：球形液面附加壓強的大小，取決于表面張力系數(shù)α（與液體種類有關(guān)）和球半徑R的數(shù)值。不難看出，半徑為R的球形肥皂泡內(nèi)外壓強差為4α

/R，肥皂泡越小，附加壓強越大。2023/10/2101、潤濕與不潤濕潤濕：一種液體滴在某種干凈的固體表面上能夠擴(kuò)散開來，就說該液體潤濕該固體。不潤濕：如果液體滴在某種干凈的固體表面上總是近似呈球形，且極易滾動，就說該液體不潤濕該固體。四、毛細(xì)現(xiàn)象及毛細(xì)管公式2023/10/211不同液體對不同固體的潤濕程度是不一樣的，為表明這種潤濕的程度，引入接觸角的概念。2023/10/212接觸角：在液體、固體壁和空氣交界處做液體表面的切面，此面與固體壁在液體內(nèi)部所夾的角度就稱為這種液體對該固體的接觸角。θ

角為銳角時，液體潤濕固體

;

θ

角為鈍角時，液體不潤濕固體；如果θ

=0，液體將延展在全部固體表面上，這時液體完全潤濕固體

；如果

θ

= 180o，則液體完全不潤濕固體水潤濕玻璃，故其接觸角是銳角，水與潔凈的玻璃潤濕程度最大,

θ

= 0

。水銀不潤濕玻璃，接觸角為鈍角，數(shù)值為

θ

=138o。潤濕和不潤濕現(xiàn)象的產(chǎn)生，主要是由于液體分子間的引力與固體分子與液體分子間的相互引力間的強弱對比不同所引起的。在液體與固體接觸處，沿固體壁有一層液體稱為附著層，其厚度等于液體分子間引力的有效作用距離或液體分子與固體分子之間引力的有效作用距離。在附著層中，液體分子受固體分子引力的合力稱為附著力，受其余液體分子引力的合力稱為內(nèi)聚力。當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時，附著層內(nèi)較多的液體分子被吸引到液體內(nèi)部，這與液體自由表面相類似，附著層有收縮傾向，呈現(xiàn)不潤濕現(xiàn)象。當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時，分子在附著層中的勢能比在液體內(nèi)部要低得，更多的分子進(jìn)入附著層，使附著層有伸張傾向，即液體沿固體表面擴(kuò)展，呈現(xiàn)潤濕現(xiàn)象。2023/10/2132023/10/2142、毛細(xì)現(xiàn)象由于液體對固體的潤濕或不潤濕，在液體表面與固體的接觸處形成一定的接觸角，所以盛在各種容器里的液體的表面都不是真正的平面。在狹窄的容器，如毛細(xì)管中，液體的表面成為一個彎月面，由表面張力造成的附加壓強顯著，使得管中的液面升高或降低，這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。2023/10/215根據(jù)流體靜力學(xué)原理和彎曲液面下的附加壓強公式，液體在毛細(xì)管中上升（或降低）的高度為：此式表明，毛細(xì)管中