液体 表面张力 毛细现象

h h
1、毛细现象产生的原因
毛细现象是由于润湿或不润湿现象和液体表面张力共同作 用引起的。 如果液体对固体润湿， 则接触角为锐角。
容器口 径非常小， 附加压强的 存在将使管 内液面升高， 产生毛细现 象。
如果液体对固体不润湿， 则接触角为钝角。
容器口 径很小，附 加压强的存 在将使管内 液面降低， 产生毛细现 象。
f
A
润湿
液体对固体的润湿程度由接触角来表示。
接触角：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与液体表 面所夹的角，通常用q 来表示。
当 当 当 当
q q
2
时， 液体润湿固体； 时， 液体不润湿固体； 时， 液体完全润湿固体； 时， 液体完全不润湿固体；

2
q
润湿
q 0
q
q
不润湿
从能量角度解释不润湿
对于附着层内任意一分子 A ，当内聚力大于附
着力时， A 分子受到的合力 f ′垂直于附着层指向液 体内部。
液体分子从液体内部运动到附着层内分子间作 用力做负功（即分子势能增大），附着层内分子势能 比液体内部分子势能大。
固 体
A
f’
液体
根据平衡态势能最小的原则，附着层内的分子要尽量挤入液体内 （即尽量处于低势能态），结果附着层收缩，表现为液体不润湿固体。
在液体与气体的分界面处、厚度等于分子有效作用半径的 那层液体，称为液体的表面（层）。
一、液体的微观结构
液体分子间作用力显著。 宏观上表现为不易压缩性。 液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动。
汽 表面层 液体
表面层是一个厚 度大概为10-9m 的薄层，液体分 子间距比较大
（1）液面收缩的微观解释
（1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合； （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （4）荷花上的水珠呈球形； （5）肥皂膜的收缩； 说明：①力的作用是均 匀分布的，力的方向与 液面相切； ②液面收缩至最小。
液体表面具有收缩趋势的力， 这种存在于液体表面上的张力称为 表面张力。
§3.1 液体的表面张力
第3章 液体的表面现象
昆虫在水面上行走
Surface tension：Robert Anderson
光的干涉条纹 显示水面高度 的微小变化
蚊子靠纳米结构练就水上漂
A
ROBOT WALKING ON WATER
结论：水面是一张有弹性的膜
如何产生的？
二、液体的表面张力现象及微观本质
液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。
不沾湿
一、润湿和不润湿
润湿
由附着层内的分子力引起
不润湿 润湿和不润湿决定于液体和固体的性质。 附着层：在液体与固体接触面上厚度为液体分子有效作用半径的 液体层。
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内聚力：液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力 附着力： 固体分子对附着层内液体分子的吸引力
内聚力大于附着力
内聚力小于附着力
A
f
不润湿
固 体
h
固 体 h 液体
液体
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
灌溉以及水库会引起地下水 上升，如果达到土壤毛细作 用范围，蒸发就会使地下水 持续上升，水被蒸发，留下 矿物质，引起土地盐碱化。 植树、治沙与土地荒漠化
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
液体表面 所接触的 有固体和 气体
A
所受合外力指向液体内部，因此有向液体内部运动 的趋势。
fL
液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大：
由势能最小原则可知，在没有外力影响下，液体应处于表面 积最小的状态。
从力的角度看，就是有表面张力存在。
2、表面张力系数的基本性质
（1）不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的 液体表面张力系数小。 （2）同一种液体的表面张力系数与温度有关，温度越高， 表面张力系数越小。 （3）液体表面张力系数与相邻物质的性质有关。 （4）表面张力系数与液体中的杂质有关。
1、从分子力的角度，
F
r0
F引
0
F
r
B分子合力表现为 垂直指向液体内部的吸引力 _________________
表 面 张 力
表面张力是出现在液 体表面的张力，并不 是作用在表面的张力。 其起因实际上是界面 所造成的不对称
• 分子之间存在引力，液体内部每 一个分子都受到周围分子的引力， 处于平衡状态。 • 但边界处的分子只受到内部分子 的引力，呈收缩趋势，存在一种 张力。荷叶上的水滴、浮在水面 上的硬币就是表面张力的作用。
液体对固体的沾湿和不沾湿
• 固体分子对液体分子的引力 大于液体分子之间的引力， 则称液体对固体是沾湿的， 如水对玻璃，柴油对铁皮； 反之称为不沾湿的，如水银 对玻璃，水对荷叶。 • 柴油对铁皮的沾湿： 危害与防治
二、毛细现象
将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹液面， 液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成凸液面，液体 将在管内下降。这种现象称为毛细现象。 能够产生毛细现象的细管称为毛细管。
从能量角度解释润湿
当内聚力小于附着力时，附着层内的分子 A 受到的合力 f 垂直于附着层指向固体表面。
固 体
液体分子从液体内部运动到附着层内分子间 作用力做正功（即分子势能减小），使得附着层 内分子势能比液体内部分子势能小。
f
A
液体
液体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展，表现为液体 润湿固体。