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液体的表面层现象
第三节液体的表面层现象液体的性质：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当量分子之间的距离大于r0，而小于10-9m时，也就是说分子间的距离在10-10 m -10-9 m之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10-9 m，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10-9m的球，只有球内的分子才对球心的分子由作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。
而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。
表面层处于液体与气体、固体接触，因而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。
首先来看：一、液体的表面张力表面能1.现象掉在桌面的水银会缩成小球状，落在树叶上的露水会形成珠状，在水面上放一枚小硬币，硬币会浮在水的表面。
——相同的体积的物体来说，球的表面积最小◆肥皂膜使软线绷紧的演示：完整的肥皂泡棉线自由分布，刺破后棉线张紧说明：液面像紧绷的橡皮膜具有弹性，液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。
2、表面张力（1）表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。
(2)表面张力产生的原因①从分子运动论观点说明当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。
如果我们在液体内部任取一分子A ,以A为球心，以分子有效作用半径R 为半径作一球，称为分子作用球。
这样球外分子对A无作用力，只有球内分子对A 的作用力液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。
在液体内部和表面层分别取两个分子A 和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。
对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。
对B分子来说：它处于液面下厚度为R的所谓表面层中,分子B的情形就不同了。
B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。
但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。
液体的表面现象
平衡状态，因此两边的压强相等：
PP左P' P右
P 左 P 右 P P '
(P左P右)
式中 (P左P右)是两弯曲液面附加压强的差，
指向左方，愉好与两端的压强差（P－P’）平衡， 气泡不会移动，此时气泡不但起到传递压强的作 用，而且也起到阻止液体流动的作用。只有当两 端的压强差超过某一临界值δ时，气泡才会移动。 当管中有n个气泡时，则只有当
积最小。箭头方向表示 线圈外液膜施加的拉力 的方向，由于线圈张成 圆形，表明拉力是均匀 作用在圆周上的。液膜
整理课件
未被刺破时，线圈也受到同样的拉力作 用，只是由于线圈两侧都有液膜，它们 对线圈各部分拉力的合力为零。这样沿 着液体表面而使液面具有收缩趋势的张力，叫做 表面张力。表面张力只存在于极薄的表面层内， 厚度的数量级为10－10m。
rR
h 2 (1 1) g=9.8m/s2 ρ=103kg/m3 g r R
代入数据，得 h=5.510－2m。
整理课件
例2、如图，U形管中装有水，两臂的内
半径分别为rA，rB（ rA＜rB）。已知水的 密度为ρ，表面张力系数为α，接触角φ为
零。求两臂水面的高度差。
P0
B•
h•A •C
现在讨论液体润湿管壁的情形，即毛细
管内液面上升的规律。如图，当毛细管
刚插入液体中时，由于液体能润湿管壁，
因此管内液面变为凹面，使液面下方B点的压强比
φ
R r
液面上方的大气压强P0小，而在 管外与B点同高的 C 点的压强等
P0
φ •A
h 于大气压P0。 B、C 两点压强不
•B
•
C
等，液体不能保持平衡，管内的
论附加压强的大小。
液体表面现象
15
§5.2 表面吸附和表面活性物质
•表面吸附和表面活性物质
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2019/4/11
16
1、表面吸附原理： Ⅰ Ⅱ
f1 f2 f12
液滴Ⅰ浮在另一种液体Ⅱ的表面上 第Ⅰ种液体的表面张力系数 1 ；
设： 第Ⅱ种液体的表面张力系数 2 ；
两种液体相接触的表面上表面张力系数 12 。
f
f
P
由于液面的附加压强的存在，且总是指向弯曲液面凹面， 所以一般有： 即： P P 凹 P 凸P s 凹 P 凸
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2019/4/11 22
3、球形液面的附加压强（内外压强差）： 设有一弯曲液面呈球面， 在球面上截取一小部分S，球 的半径为R，液面的表面张力 系数为 ，则： 当液面平衡时，液体内 部必定会产生一与附加压强 相平衡的压强P，设单位长 度分界线上的张力为T.即：
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2019/4/11 12
解:一个大的油滴在等温地散布成大量的小油滴时， 能量仅消耗在形成增加的表面积上，即作功全部转 化为小油滴的表面能，易知作功为:
A S
式中是增加的表面积。设n是个小油滴的数目，R是 大油滴的半径，则
S 4 (nr R )
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2019/4/11
10
3）表面张力系数与表面能的关系： 若 F 将金属丝向右拖动 Δx 的距离： 液面面积增加：
A B B
S 2 L x
作功：
L
D
2L
Δx
F
C C
W F x
液体的表面现象PPT课件
σ水-辛醇 <σ水-乙醚 <σ水-辛烷
▲ 杂质
杂质与液体分子间的 作用力小于液体分子 间的作用力，杂质将 被挤到液体表层中去， 从而使液体的表面张 力下降。
5.2 弯曲液面的表面现象
5.2.1 弯曲表面上的附加压力
1. 在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
◆ σ、 A均变，则 dG < 0的过程为自发过程（水滴在玻璃板上 自动铺开）
5.1.4 影响表面张力的因素
看表7-1和7-2，总结规律
▲ 物质的本质
重点
分子间作用力大，表面张力大。
σ金属 >σ离子化合物 > σ极性共价物 > σ非极性共价物
▲ 温度 温度升高，分子间距离大，分子间作用力小，表面张力下降。 σ(Vm)2/3=k(Tc-T) ---约特奥斯经验式（Vm---液体的比容） σ(Vm)2/3 = k(Tc-T-6)
引言—界面化学
Introduction
2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃 特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出 的贡献，他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合 154万美元)。
引
▲ 表面化学（界面化学）：
言
原子、分子尺寸上研究相界面上
发生的各种物理、化学过程的科学
界面化学概述
5.1.2 比表面能的概念
重 点
G
FB
气
FC
液
L
表
面
表面能----物质表层分子具有的位能。
W′= F× dx = σl × dx = σ×dA
σ= W′/dA --- 比表面能（J/m2）
▲ 杂质
杂质与液体分子间的 作用力小于液体分子 间的作用力，杂质将 被挤到液体表层中去， 从而使液体的表面张 力下降。
5.2 弯曲液面的表面现象
5.2.1 弯曲表面上的附加压力
1. 在平面上
对一小面积AB，沿AB的
p0
四周每点的两边都存在表面
f
AB
f
张力，大小相等，方向相反，
◆ σ、 A均变，则 dG < 0的过程为自发过程（水滴在玻璃板上 自动铺开）
5.1.4 影响表面张力的因素
看表7-1和7-2，总结规律
▲ 物质的本质
重点
分子间作用力大，表面张力大。
σ金属 >σ离子化合物 > σ极性共价物 > σ非极性共价物
▲ 温度 温度升高，分子间距离大，分子间作用力小，表面张力下降。 σ(Vm)2/3=k(Tc-T) ---约特奥斯经验式（Vm---液体的比容） σ(Vm)2/3 = k(Tc-T-6)
引言—界面化学
Introduction
2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃 特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出 的贡献，他获得的奖金额将达1000万瑞典克朗(约合 154万美元)。
引
▲ 表面化学（界面化学）：
言
原子、分子尺寸上研究相界面上
发生的各种物理、化学过程的科学
界面化学概述
5.1.2 比表面能的概念
重 点
G
FB
气
FC
液
L
表
面
表面能----物质表层分子具有的位能。
W′= F× dx = σl × dx = σ×dA
σ= W′/dA --- 比表面能（J/m2）
液体的表面现象
1
2
M1g 1Vg N1d1 N1d1
M 2g 2 Vg N 2d 2 N 2d 2
两者相除得：
2 2Vg N 2d 2 1 1Vg N1d1
由于
1 2
2 1
d1 d 2
N1 N2
所以
得
2
N1 1 N2
水和油边界的表面张力系数 18103 N / m
表面张力：液体表面具有象绷紧的弹性膜那 样的张力，这种张力叫表面张力．
如图２－１所示，在金属圆环上系一细棉线， 浸入肥皂水中取出如图2-1(a)所示，用尖针刺 破棉线内的肥皂泡，线环被拉成圆形如图2-1(b)
表面张力的微观本质： １．液体的表面层：在液 面下，厚度约为分子有效 距的一层液面，叫做液体 的表面层．
润湿和不润湿取决与相互接触的液体和固体两者的性质
q
附着层
q Ａ
Ａ 固 体 液 体
附着层
固 体
液 体
接触角q是锐角，液体 浸润固体。 如接触角 q＝0，称完全浸润。
接触角q是钝角，液体 不浸润固体。 接触角 q＝，称完全不浸润。
３
微观机制
（１）内聚力：液体分子之间的吸引力 （２）附着力：液体与固体分子之间的吸引力 （３）附着层：液体与固体接触处，有一层特 殊的液体薄层，其厚度为固体分子与液体分子 相互作用的有效距离，这一薄层称为附着层． 当内聚力＜附着力，Ａ分子所受的合力垂直于 附着层但指向固体，分子尽可能进入附着层， 使附着层扩展，成凹液面，表现为润湿． 当内聚力＞附着力，Ａ分子所受的合力垂直于附 着层但指向液体内部，分子尽可能挤入液体内部， 使附着层收缩，成凸液面，表现为不润湿
2 液体内部 凸状液面： p R 2 对凹状球形液面，同理有 p 。 R
2
M1g 1Vg N1d1 N1d1
M 2g 2 Vg N 2d 2 N 2d 2
两者相除得：
2 2Vg N 2d 2 1 1Vg N1d1
由于
1 2
2 1
d1 d 2
N1 N2
所以
得
2
N1 1 N2
水和油边界的表面张力系数 18103 N / m
表面张力：液体表面具有象绷紧的弹性膜那 样的张力，这种张力叫表面张力．
如图２－１所示，在金属圆环上系一细棉线， 浸入肥皂水中取出如图2-1(a)所示，用尖针刺 破棉线内的肥皂泡，线环被拉成圆形如图2-1(b)
表面张力的微观本质： １．液体的表面层：在液 面下，厚度约为分子有效 距的一层液面，叫做液体 的表面层．
润湿和不润湿取决与相互接触的液体和固体两者的性质
q
附着层
q Ａ
Ａ 固 体 液 体
附着层
固 体
液 体
接触角q是锐角，液体 浸润固体。 如接触角 q＝0，称完全浸润。
接触角q是钝角，液体 不浸润固体。 接触角 q＝，称完全不浸润。
３
微观机制
（１）内聚力：液体分子之间的吸引力 （２）附着力：液体与固体分子之间的吸引力 （３）附着层：液体与固体接触处，有一层特 殊的液体薄层，其厚度为固体分子与液体分子 相互作用的有效距离，这一薄层称为附着层． 当内聚力＜附着力，Ａ分子所受的合力垂直于 附着层但指向固体，分子尽可能进入附着层， 使附着层扩展，成凹液面，表现为润湿． 当内聚力＞附着力，Ａ分子所受的合力垂直于附 着层但指向液体内部，分子尽可能挤入液体内部， 使附着层收缩，成凸液面，表现为不润湿
2 液体内部 凸状液面： p R 2 对凹状球形液面，同理有 p 。 R
液体表面现象分析PPT课件
由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大， 当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用 而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。
1
第1页/共34页
第三章 液体的表面现象 （superficies of liquid）
对象：静止液体的表面层
学科：流体力学 ⑴静力学：表面张力…
⑵动力学：流体流动时的力学规律。
(a) 凸液面时，R1和R2 取＋，pS 0； (b) 凹液面时，R1和R2 取－，pS 0
19
第19页/共34页
在弧面取四边形DEFG
S l1 l2 0
f1 l1 f2 l2
垂直方向的分量：
f1' f1 sin1
sin 1
OA1 OC1
l2 2R1
f1'
l1
l2 2R1
S 2R1
已知： 1.8102 N / m, 900kg / m3, r 1.0106 m, m 1.0103kg
求：∆W=？
解：大油滴散布成小油滴时，需作功∆E=∆W=α·∆S，其中
S
4
(nr2
，
R2
n) 为小油滴个数，r为小油滴半径，R为大油滴半径，因油的质量
m不变，则
m 4 R3 n 4 r3
第10页/共34页
设想BC边在力F的作用下沿F方向移动了一段距 离∆x，则在此过程中，外力F所作的功为：
A
∆x
B
B'
W F x 2L x S
D
式中∆S=2L·∆x，是BC边移动过程中所增加的液面面积。
f
F
L
C
C'
按照能量守恒及转换定律，在恒温情况下，外力克服分子间引力做功，表面能增加， 外力F所作的功应等于液体表面能的增量。若用△Ep 表示表面能增量，则：
1
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第三章 液体的表面现象 （superficies of liquid）
对象：静止液体的表面层
学科：流体力学 ⑴静力学：表面张力…
⑵动力学：流体流动时的力学规律。
(a) 凸液面时，R1和R2 取＋，pS 0； (b) 凹液面时，R1和R2 取－，pS 0
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在弧面取四边形DEFG
S l1 l2 0
f1 l1 f2 l2
垂直方向的分量：
f1' f1 sin1
sin 1
OA1 OC1
l2 2R1
f1'
l1
l2 2R1
S 2R1
已知： 1.8102 N / m, 900kg / m3, r 1.0106 m, m 1.0103kg
求：∆W=？
解：大油滴散布成小油滴时，需作功∆E=∆W=α·∆S，其中
S
4
(nr2
，
R2
n) 为小油滴个数，r为小油滴半径，R为大油滴半径，因油的质量
m不变，则
m 4 R3 n 4 r3
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设想BC边在力F的作用下沿F方向移动了一段距 离∆x，则在此过程中，外力F所作的功为：
A
∆x
B
B'
W F x 2L x S
D
式中∆S=2L·∆x，是BC边移动过程中所增加的液面面积。
f
F
L
C
C'
按照能量守恒及转换定律，在恒温情况下，外力克服分子间引力做功，表面能增加， 外力F所作的功应等于液体表面能的增量。若用△Ep 表示表面能增量，则：
医用物理6液体的表面现象
二、液体的表面能surface energy
• 如果要增加液体的表面积，就得作功把 如果要增加液体的表面积， 液体内部分子移到表面层， 液体内部分子移到表面层，从而增加了 液面的势能。 液面的势能。
表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。 表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。 表面积越大，势能越大。 表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的 趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。 趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。
表面层-----液表下厚度等于分子作用半径的 液表下厚度等于分子作用半径的 表面层 一层液体称为表面层surface layer .
表面层 分子作 用球
A
·
A处分子受 处分子受 力
10-9m
B
·
表面层内的分子都有往液体内部迁移的趋势,从而 表面层内的分子都有往液体内部迁移的趋势 从而 使液体表面面积趋于缩小. 使液体表面面积趋于缩小
为锐角时，液体润湿固体； 润湿固体 当θ为锐角时，液体润湿固体； 为零时， 完全润湿； 当θ为零时，为完全润湿； 为钝角时，液体不润湿固体； 不润湿固体 当θ为钝角时，液体不润湿固体； 完全不润湿。 当θ为180°时，为完全不润湿。 °
毛细现象（capillarity)
h
毛细现象（capillarity)
F
斥力
O r0
10−9m 引力
r
• 分子间的平衡距离r0为10−10m； 分子间的平衡距离 ； •r< 10−10m: 斥力； r< 斥力； •10−10m<r< 10−9m：引力 10 •r> 10−9m: 引力趋近0 r> 引力趋近0 • 液体分子的间距约 － 10m，相邻几个液体分子 液体分子的间距约10 ， 引力。 间通常表现为引力 间通常表现为引力。
《液体表面现象》课件
液体表面现象的分类
总结词
对液体表面现象进行分类和解释。
详细描述
液体表面现象可以分为静态和动态两类。静态现象主要包括表面张力和润湿现象 ，而动态现象则包括液体在固体表面的铺展、液滴的形成与破碎等。
液体表面现象的应用
总结词
列举液体表面现象在生活和工业中的 应用。
详细描述
液体表面现象在生活和工业中有着广 泛的应用，如防水、防雾、化妆品、 生物医学等领域。同时，在能源、环 境、微电子等领域，液体表面现象也 有着重要的应用价值。
表面活性剂的应用
表面活性剂在工业生产和日常生 活中有着广泛的应用，如洗涤剂 、化妆品、农药、食品、医药等
领域。
表面活性剂能够降低溶液的表面 张力，提高溶液的渗透性和润湿 性，有助于提高生产效率和产品
质量。
在医药领域，表面活性剂可以作 为药物载体和药物释放剂，有助 于提高药物的疗效和降低副作用
。
感谢观看
表面活性剂分子通常具有不对称的结 构，一端为亲水基团，另一端为疏水 基团，这种结构使得表面活性剂分子 能够定向排列在液体表面。
表面活性剂的分类
01
根据疏水基团的性质，表面活性 剂可以分为阳离子型、阴离子型 、非离子型和两性型等。
02
根据亲水基团的性质，表面活性 剂可以分为羧酸盐型、硫酸盐型 、季铵盐型等。
如荷叶效应、不粘锅等。
03
应用三
表面张力与毛细现象。浸润与不浸润现象与表面张力和毛细现象密切相
关，在自然界和工程领域中有广泛的应用，如植物叶片的蒸腾作用、毛
细血管的血液流动等。
05
表面活性剂
表面活性剂的定义
表面活性剂是一种能够降低液体表面 张力的物质，具有亲水基团和疏水基 团，能够在液体表面形成单分子膜。
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