液体的表面性质优秀课件

§7.1 液体的表面张力和表面能
7.1.1 表面张力（surface tension)
（1）表面张力
沿着液体表面使液面具有收缩趋势的张 力,称为表面张力.
(1) F1
M
N
F2 (2)
FL
定义 F L (7-1)
为表面张力系数
L 为分界线的长度 F 为作用在分界线 L 上
的表面张力的值
单位 牛顿（N）
2
R
(2)
将（2）代入（1）
pB
p0
2
R
gh
R
•
A
•
B r
h P0
•
C
因为pB pC p0
所以p0
p0
2
R
gh
gh 2
R
h
2 gR
（7-9）
设接触角为 ,毛细管
半径为r
把 cos r 代入上式
h 2 cos gr
R
（7-11）
h 2 cos gr
这一结果说明,在毛细管中液面上升的 高度与表面张力系数成正比,与毛细管的半 径成反比.
固
· B
附着层
体
10-9m
附着力 >内聚力 液体润湿固体
当液体润湿固体时,0 ° ＜ ＜90° 当 =0°时,液体完全润湿固体.
水和酒精完全润湿玻璃.
7.3.2 毛细现象（capillarity)
h
R
•
A
•
BB r
h P0
•
C
pB p0 pB pC
pB pA gh (1)
pA
p0
R
（7-6） （7-7）
(5). 计算半径为R的肥皂泡内外的压强差.
pB
pA
2
R
·· ·
CB A
pC
pB
2
R
两式相加，得
pC
pA
4
R
（7-8）
或
pC
pA
4
R
(6).大小不等的肥皂泡连通后,将会如何变化？
？
小泡：p小泡内
p0
4
r
大泡：p大泡内
p0
4
R
p小泡内 p大泡内
小泡更小,大泡更大, 直至两泡的曲率半径 相等.
表面活性物质具有减小表面张力的作用， 因此可以调节和稳定肺泡的附加压强。
§7.3 液体与固体接触处的表面现象 毛细现象
7.3.1 液体与固体接触处的表面现象
润湿与不润湿现象是液体与固体接触处的表 面现象，决定于附着力和内聚力。
附着力----液体分子和固体分子间的吸引力称 为附着力.
内聚力----液体分子之间的相互吸引力 称为内聚力.
§7.2 弯曲液面的附加压强
7.2.1 附加压强 (additional pressure)
(1) 平液面
F p0 A
F0
B
F
pi
Fi
FO Fi
po s pi s po pi
(2) 凸液面 p0 F0
F2
pi
Fi
F F1 F合 F1
F合 F0 Fi
F合 p0S piS
F2 pi p0 pS
液体的表面性质
教学要求：
1. 重点掌握液体的表面张力、弯曲液面的附加 压强以及毛细现象;
2. 确切理解表面能及润湿和不润湿现象; 3. 了解分子力及气体栓塞现象.
§7.1 液体的表面张力和表面能
§7.2 弯曲液面的附加压强
§7.3 液体与固体接触处的表面现象 毛 细现象
基本概念
• 1.表面张力 • 2.附加压强 • 3.毛细现象 • 4.气体栓塞
（2）表面张力系数
定义 F
(7-1)
L
表面张力系数在数值上等于沿液体表面垂直 于单位长度分界线上的表面张力.
单位 N m-1
7.1.2 表面能 (surface energy) （1）力的角度讨论表面张力系数：
N
F
L
F
M N N`
F
F
ΔX
M M`
A
MB
L
F表
D
NC
F表 2L
F F表
F 2L
从力的角度表示
F
L
单位
N m-1
从能量的角度表示
E
S
单位
J m-2
7.1.3 液体表面层中的分子力作用
斥 力
引
r0
力
10-10m
10-9m r
表面层-----液面下厚度等于分子作用半径的 一层液体称为表面层.
表面层
分子作 用球
A·
10-9m
B·
A处分子 受力
表面层内的分子都有往受B液力分为子体0 内部迁移的趋势,从而 使液体表面面积具有收缩趋势.
例1 试求一恰在水面下的气泡内空气的压强. 设气泡的半径R=5×10-3mm。
1 · ·2
解：
2
p1 p2 R
p1 p0
由以上两式得
p2
p0
2
R
1.013
105
2 0.072 5 106
Pa
1.30105 Pa
7.2.2 肺泡中的表面活性物质
肺泡分泌出一种物质覆盖在液泡的表 面层上,它具有减小表面张力的作用,这种使 表面张力降低的物质称为表面活性物质.
附着力大于内聚力则液体润湿固体, 附着力小于内聚力则液体不润湿固体.
附着层-----液体与固体接触处厚度等于分子作 用半径的一层液体.
固
附着层
B·
体
10-9m
附着力 <内聚力 液体不润湿固体
在固体和液体的接触处,液
体表面的切面（线）和液体
内部固体表面间的夹角 称
为接触角.
当液体不润湿固体时,90 ° ＜ ＜180° 当 =180°时,液体完全不润湿固体.
p p 液柱开始移动
p 3
p 2
p
p
Δp＞nδ液柱开始移动
习题7-3（162页）.在内半径r＝0.3mm的毛
F 附加压强：
ps pi p0 (7-5)
pi p0
ps 0
(3) 凹液面
F1 F合 F1
F
p0 F0
F
F2
F2
pi Fi
F合 Fi F0 F合 piS p0S pi p0 pS
pi p0
附加压强： ps pi p0 ps 0
(4) 拉普拉斯公式
面 元
R
水银
面元
dF dl
如果液体不能润湿固体, 大于90°, h为
负值,管内液面要下降,低于管外液面.
7.3.3 气体栓塞
液体在细管中流动时,如果管中有气泡, 液体的流动将会受到阻碍,气泡多时可发生阻 塞,这种现象称为气体栓塞.
p
p
p p
p
p
பைடு நூலகம்
p左 p右 当 p p时
p p左 p p右
p右 p左 p p
dF2 dl r O
R
dF dF1
O
dF1 dF sin sindl
F1 dF1
2 πr
0 sindl
2πr sin
sin r 代入上式得
R
F1
2πr 2
R
附加压强是由F1形成的
ps
F1 πr 2
2
R
对于凹状球形液面
2
ps R
球形液面的拉普拉斯公式
凸液面 凹液面
ps
2
R
ps
2
F
(7-2)
2L
(2)能量的角度讨论表面张力系数:
A Fx 2Lx (7-3)
N N` F
F
ΔX
M M`
S 2Lx
A S
A E
E S
液体表面的势能称为表面能.
表面张力系数又可表示为
E (7-4)
S
表面张力系数在数值上等于增加单位表面积 时所增加的表面能.
单位 J m-2
表面张力系数的两种表示方法：