医学物理学学习_第七章 液体的表面现象
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医用物理学课件第七章 液体的表面现象
润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的表面 张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。
若液体不润湿管壁，则 q
2
可得：h 2 cosq 管内液面下降。 gr
在完全润湿或完全不润湿的情况下，q = 0 或q = ，则：
h 2 gr
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
例
医学物理学 （第七版）
P1=P0
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
♦ 凸形液面：分析小薄层液片受力情况，
表面张力的合力 f合 的方向与凸面法
线方向相反，
所以
P2
P0
f合 S
即
P P2－P0 0
♦ 凹形液面：分析小薄层液片受力情况，
表面张力的合力 方向相反，
f合 的方向与凹面法线 f
所以
P3
f合
S
P0
P P3－P0 0
§7-5 液体的表面现象
§7-5 液体的表面现象
1. 表面张力
实验表明 f L
称为表面张力系数。
(1) f B
A f’ (2)
医学物理学 （第七版）
A
f
f’
(1) B
(2)
2. 液体表面张力的微观本质
表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不
对称性引起的。
A
当液体内部分子移动到表面层中时，就要克服 上述指向液体内部的分子引力作功，这部分功将转 变为分子相互作用的势能。
某液体在一毛细管中上升的高度为2.26cm,其直径为1.0×10-3m,
如果接触角为零,液体的密度为1.05*103 kg.m-3,则其表面张力
系数为:
A．5.8*10-2N.m-1
第七章液体的表面现象
θ <—完全润湿
θ
θ > 90°——不润湿 不润湿
θ = 180°——完全不润湿
26
二. 毛细现象
h
27
毛细现象
二. 毛细现象
现象 将毛细管插入液体中， 将毛细管插入液体中，管 中的液面会上升或下降。 中的液面会上升或下降。 原因 润湿与不润湿现象造成了 弯曲液面， 弯曲液面，从而产生了附加压 强，在其作用下液面上升或下 降。
第七章
液体的表面现象
第一节 表面张力和表面能 第二节 弯曲液面的附加压强
1
第一节 表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质 二. 表面张力 三. 液体表面分子受力及表面能
2
表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质
荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、 荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、滴药管 缓慢流出的液滴都趋于成球形
∑f ≠ 0 p0 - ps = p f ps
p0 f p
∆ f = 2α ∆ l ∆f1 = 2α ∆ l sin ϕ ∆f2 = 2α ∆ l cos ϕ
2πr α f = R f1 2α ps = = S R
2
ϕ R r
∆S
ϕ ∆ f1
∆f ∆ f2
凹液面产生指向液体外部附加压强
18
第二节 弯曲液面的附加压强
单位: 单位 N·m-1 对于一定的液体， 随温度上升而减小. 对于一定的液体，α 随温度上升而减小
l
α 还与杂质成分及浓度有关. 与杂质成分及浓度有关.
5
表面张力和表面能
三. 液体表面分子受力及表面能
表面张力起源于液体分子力 分子力是使固体、 分子力是使固体、液体分子聚集的主要因素 分子力作用半径： 分子力作用半径： 分子力能够发生的作用的 最大分子间距， 最大分子间距，r0 ~ 10-9米 分子力作用球： 分子力作用球： 以分子中心为球心、 以分子中心为球心、以分 子力作用半径为半径所作的球。 子力作用半径为半径所作的球。
θ
θ > 90°——不润湿 不润湿
θ = 180°——完全不润湿
26
二. 毛细现象
h
27
毛细现象
二. 毛细现象
现象 将毛细管插入液体中， 将毛细管插入液体中，管 中的液面会上升或下降。 中的液面会上升或下降。 原因 润湿与不润湿现象造成了 弯曲液面， 弯曲液面，从而产生了附加压 强，在其作用下液面上升或下 降。
第七章
液体的表面现象
第一节 表面张力和表面能 第二节 弯曲液面的附加压强
1
第一节 表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质 二. 表面张力 三. 液体表面分子受力及表面能
2
表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质
荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、 荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、滴药管 缓慢流出的液滴都趋于成球形
∑f ≠ 0 p0 - ps = p f ps
p0 f p
∆ f = 2α ∆ l ∆f1 = 2α ∆ l sin ϕ ∆f2 = 2α ∆ l cos ϕ
2πr α f = R f1 2α ps = = S R
2
ϕ R r
∆S
ϕ ∆ f1
∆f ∆ f2
凹液面产生指向液体外部附加压强
18
第二节 弯曲液面的附加压强
单位: 单位 N·m-1 对于一定的液体， 随温度上升而减小. 对于一定的液体，α 随温度上升而减小
l
α 还与杂质成分及浓度有关. 与杂质成分及浓度有关.
5
表面张力和表面能
三. 液体表面分子受力及表面能
表面张力起源于液体分子力 分子力是使固体、 分子力是使固体、液体分子聚集的主要因素 分子力作用半径： 分子力作用半径： 分子力能够发生的作用的 最大分子间距， 最大分子间距，r0 ~ 10-9米 分子力作用球： 分子力作用球： 以分子中心为球心、 以分子中心为球心、以分 子力作用半径为半径所作的球。 子力作用半径为半径所作的球。
液体表面现象.ppt
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25
4、球形液膜的附加压强： 由于附加压强的存在使得凹面压强大于凸面压强， 所以：
p p p c b a
2 2 p p p p c b b a R R 1 2
· a
R2 · b · c R 1
4 pp c p a R
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R R R 1 2
1）表面张力系数与液体的性质（纯净度）有关，随 温度变化：
T
2）表面张力不随面积变化，因为液面分子间距不变， 这与弹性膜弹力不同。
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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：
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② 分子作用球： 分子引力有效作用范围是半径为10-9m的球形区域， 落在此球面内的所有分子对球心分子都有引力作用， 这个球称为分子作用范围或分子作用球。
③ 表面层：
液体表面取厚度等于分 子作用球半径的一层为 液体表面层。表面层里 的分子受力情况与液体 内部有所不同 。
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§5.4 毛细现象 气体栓塞
•润湿作用
•毛细现象 •气体栓塞
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当液体与固体接触时，液体是否可以润湿固体取 决于液体分子间的吸引力 (聚合力)和液体与固体之间 分子间吸引力 ( 附着力 ) 的大小比较，可以分为润湿 和不润湿. 聚合力＜附着力，润湿，如：水滴在干净的玻璃上 聚合力＞附着力，不润湿，如：水银在玻璃上
肥皂水容易吹泡而纯水难，是因为肥皂分子自动 填入水的表面层，而降低了水的和表面能。
第七章液体的表面现象
第七章 液体的表面现象本章教学要点1.重点掌握液体的表面张力及附加压强。
2.了解液体与固体接触处的表面现象及毛细现象。
习题7－1 . 为了测定液体的表面张力，可称量自毛细管脱离的液滴重量，并测量在脱离的瞬间液滴颈的直径d ，观测得318滴液体质量为5.0g 重，d ＝0.7mm ，求此液体的表面张力系数。
解：表面张力d L f παα==mg f = 式中g nM m = 7－2. 把一液滴从液体中移出，且将其举到距液面高h 处。
证明：形成此液滴所需要作的功W 与举高这液滴所需要作的功W ’之比为 证明：形成液滴需要作的功即为液滴表面能增量S E W α== 而gh r mgh W ρπ334'== 7－3 . 在内半径r ＝0.3mm 的毛细管中注水，一部分在管的下端形成一水滴，其形状可以看作是半径R ＝3mm 的球的一部分（如图），试求管中水柱的高度h （设接触角12103.70--⨯==Nm αθ，）解：A 为凹液面，0P P A <r P P P P S A α200-=-=∴ (1) B 为凸面，0P P B > R P P P P S B α200+=+=∴ (2) 又A BP gh P +=ρ Mg d rhAR P 0(2)-(1) rR P P A B αα2 2+=-∴ 7－4. 气压计由于水银的表面效应而读数不准。
已知水银的表面张力系数149.0-=Nm α，气压计玻璃管内径d ＝2.0mm ，接触角为︒180。
某日，气压计读数是Pa P 510950.0⨯=。
(1) 考虑到毛细现象后，真正的大气压强是多少？(2) 若允许误差是0.1%，求毛细管内径所能允许的极小值。
解：(1)实际大气压为Pa r P P 501096.02⨯=+=α)180(︒=θ (2)0P P E ∆= %1.000⨯==∆∴P E P P 而 r P α2=∆ 7－5 . 两根内径r 相同的毛细管，一根是弯曲的，将它们一起插在水里（如图），水在直管里上升的高度比弯管的顶点高的多。
《液体的表面性质》课件
称不润湿。润湿与不润湿取决于液体和固体的性质以及温度等因素。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ03
吸附与解吸
在某些情况下，气体分子会吸附在液体表面上，这种现象称为吸附；当
气体分子离开液体表面时，则称为解吸。吸附和解吸在气体分离、化学
反应等领域有重要应用。
06
总结与展望
总结液体的表面性质及其应用
液体表面张力的定义
表面张力在日常生活中的应用
液体表面张力的大小与液体的微观结构有 关，如分子间的相互作用力和分子排列等 。
对未来研究的展望
探索新型表面活性剂
随着科技的发展，人们正在不断探索新型的表面活性剂，以提高液体 的表面性质，并应用于更多的领域。
表面张力与其他物理现象的关系
进一步研究液体表面张力与其他物理现象之间的关系，如毛细现象、 润湿性等，有助于更深入地理解液体的表面性质。
毛细现象
由于表面张力的作用，当细管中的液体受到外部压力时，液体会沿 着细管上升或下降，形成毛细现象。
液体表面的化学性质
01
表面活性剂的作用
表面活性剂是一种能够显著降低液体表面张力的物质。它在许多领域都
有广泛应用，如洗涤、化妆品、制药等。
02
润湿与不润湿
当液体与固体接触时，如果液体会在固体表面上展开，则称润湿；否则
02
液体表面张力的概念
表面张力定义
表面张力是指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的 张力。
表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张 力，通俗来讲，它就是液体表面分子相互吸引形成的力。
表面张力的大小与液体的种类、温度、纯度和所接触的介质有关。
液体表面现象的普遍性
液体的流动规律与表面现象 ppt课件
收缩压 115 （男） 舒张压 73 （男） 收缩压 110 （女） 舒张压 70 （女）
ppt课件
32
高血压六大危险信号
剧烈，同时又恶心作呕，就可能是向恶性高血压转化的信号。
头疼：部位多在后脑，并伴有恶心、呕吐感。若经常感到头痛，而且很
眩晕：女性患者出现较多，可能会在突然蹲下或起立时发作。
耳鸣：双耳耳鸣，持续时间较长。
液体的黏滞性
ppt课件 4
一、 理想液体 不可压缩又无黏滞性的液体。
理想液体是不存在的，它是实际液体的近似，为 了研究问题的方便，它代表实际液体的一种理想化模 型。水和酒精都可以看作理想液体。
二、稳流
一般情况： • • • • 同一时刻： 空间各点流速不同； 同一地点： 不同时刻流速也不相同。
ppt课件 5
πR 4 P Q 8ηL
P 8ηL Q 令 Rf 则 4 称为流阻， πR Rf 常用上式分析心输出量、血压和外周阻力之间的关系。
泊肃叶 (17991869) 法国生理学 家.
高血压的治疗：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以 血压升高。可以服用扩张血管的药物，减小流阻，在Ｑ 不变的情况下，血压降低。 ppt课件
舒张压：当心脏舒张时，动脉管壁弹性回缩，此时动脉 管壁所受到的压力的最低值称为舒张压（也叫低压）。 脉压：收缩压与舒张压之差称为脉压（脉压=收缩压-舒张压） 通常我们测血压右侧与左侧的血压不一样，最高可相差 10毫米汞柱，最低相差不到5毫米汞柱。
ppt课件 27
ห้องสมุดไป่ตู้
（一）正常血压
收缩压：90~140mmHg（12.0~18.6kPa） 舒张压：60~90mmHg(8.0~12.0kPa)
20
第七章 液体的表面性质
返回
附着层-----液体与固体接触处厚度等
于液体分子作用半径的一薄层液体.
固
· B
附着层
体
10-9m
附着力 >内聚力 液体润湿固体
返回
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.
当液体能润湿固体时, 0 ° ＜ ＜90° 当 =0°时,液体完全润湿固体.
F2
2
F2
sin
d
2
d
F2
2 F2
d
2
F2d
返回
F2与 F1平衡,即 F2 F1
F2d 2 Rd F2 2 R
设环被拉长了L ，有
L 2 R L
则应力与应变为
F2 2R L 2 R L
SS
L
L
返回
E
2R E 2 R L
S
L
则
ER (2 R L)
2RL
水和酒精完全润湿玻璃. 返回
固
附着层
液
· B
体
体
10-9m
附着力 <内聚力 液体不润湿固体
返回
当液体不能润湿固体时, 90 ° ＜ ＜180° 当 =180°时,液体完全不润湿固体.
返回
7.3.2 毛细现象（capillarity)
h
返回
R
•
A
•
BB r
h P0
•
C
pA p0 pB pC
1 · ·2
解：
p1
p2
2
R
p1 p0
由以上两式得
p2
p0
2
R
1.013105
2 0.072 5 106
附着层-----液体与固体接触处厚度等
于液体分子作用半径的一薄层液体.
固
· B
附着层
体
10-9m
附着力 >内聚力 液体润湿固体
返回
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.
当液体能润湿固体时, 0 ° ＜ ＜90° 当 =0°时,液体完全润湿固体.
F2
2
F2
sin
d
2
d
F2
2 F2
d
2
F2d
返回
F2与 F1平衡,即 F2 F1
F2d 2 Rd F2 2 R
设环被拉长了L ，有
L 2 R L
则应力与应变为
F2 2R L 2 R L
SS
L
L
返回
E
2R E 2 R L
S
L
则
ER (2 R L)
2RL
水和酒精完全润湿玻璃. 返回
固
附着层
液
· B
体
体
10-9m
附着力 <内聚力 液体不润湿固体
返回
当液体不能润湿固体时, 90 ° ＜ ＜180° 当 =180°时,液体完全不润湿固体.
返回
7.3.2 毛细现象（capillarity)
h
返回
R
•
A
•
BB r
h P0
•
C
pA p0 pB pC
1 · ·2
解：
p1
p2
2
R
p1 p0
由以上两式得
p2
p0
2
R
1.013105
2 0.072 5 106
《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。
医用物理学07液体的表面现象
凹侧
凹侧
凸侧
P 凹 P 凸
2 P 凹P 凸 R
2 P R
弯曲液面的附加压强
2. 球形液膜的附加压强：
2 对外表面： PB PA R1
对内表面： PC PB 2
R2
肥皂泡 R1 R2
2 2 PC PA R1 R 2
PC PA
4 R
(R1=R2=R)
R
T
(2R) sin
2
T sin
P 表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：
2 P （R sin） 2 2 2 (2 R )sin = P R sin 小液块受力平衡：
表面张力产生的附加压强:
2 P R
弯曲液面的附加压强
凸侧
2、气体栓塞 (gas embolism)
*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体 的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现 象叫气体栓塞。
静止液体
气泡
静止液体
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
P + P
液体
气泡 阻力压强 =P附右-P附左
P
（P:外加压强差）
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ， 液体才能流动。
f1<f2 ，使液体表面
层分子势能减少，因 而表面张力系数减小。 肥皂分子
f1
f2
水分子
表面活性物质与表面吸附
肺组织中的表面活性物质： *肺组织结构 小肺泡萎缩？ 大肺泡膨胀？？ *肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质； 改变粘液的α，从而维持正常呼吸。 大肺泡： R 活性物质密度 粘液的 小肺泡： R 活性物质密度 粘液的 所以
医用物理学 液体表面现象 公开课课件
本章小结
1. 表面张力系数 ：沿液体表面垂直作用于单位长
度上的张力。
2. 表面张力：f = L
3. 表面能：E=A=S 4. 分子作用半径：分子引力的作用范围（约10-9m）
5. 附加压强：p=p=2 /R
6. 润湿：液体附着在固体表面的现象。 7. 不润湿：液体不附着在固体表面的现象。 8. 接触角：在液体与固体的分界处，液体表面的切 面和固体表面的切面在液体内部的夹角。
面积最小的状态。从力的角度看，就有表面张力存在。
例1、半径为r =2×10-3mm的许多小水滴融合成一半 径为R=2mm的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表
面张力系数α=73×10-3N/m在此过程中保持不变)
试求此过程中释放出的能量。
解：设小水滴数目为n，n个小水滴的总面积为
S 4πr2n 大水滴的面积为 S 4πR 2
如果毛细管中有n个液滴根据上述讨论如果最左边弯液面处压强为p同理要使第二个液滴移动第二个气泡中的压强必须必须大于p要使这n个液滴移动则最右端必须施以大于p七气体栓塞在医学中的应用注射前要排尽针筒中气体
液体的表面现象 The surface phenomenon of liquid
•液体的表面张力 •弯曲液面的附加压强 •液体与固体接触的表面 现象 •表面现象的医学应用
水 玻璃
θ
>900
水银 玻璃
水
水银
当θ<π/2 时，液体润湿固体 当θ>π/2 时，液体不润湿固体 当θ=0时，液体完全润湿固体 当θ=π 时，液体完全不润湿固体
2、毛细现象（ Capillarity ）
液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升；液体不浸 湿毛细管壁时，管内液面下降 。
液体表面现象
当P1＞P3时，Ps12 ＜ Ps23维持平衡 气泡通过改变曲率半径来抵消增大的压强 需用更大的压强才能使液体流动
气体栓塞
应用： 应用：注射时注意事项 5ml-7ml空气注射可致成年兔子死亡 空气注射可致成年兔子死亡 潜水员上浮过程: 要缓慢,中间须停顿 潜水员上浮过程 要缓慢 中间须停顿
表面活性物质与表面吸附 表面活性物质： ↓ 表面活性物质： α↓
零重力下， 零重力下，滚圆的水珠
体积一定， 体积一定，球面面积最小
表面张力 •与液面相切 与液面相切 •垂直分界线 垂直分界线 •正比于 l 正比于
f α：液体表面张力系数 α = ： l
f=αl
单位长度分界线上的表面张力
液体表面张力系数α 液体表面张力系数 与液体性质相关 与温度有关， ↑ ↓ 与温度有关，T↑α↓ 与相邻物质的化学性质有关
毛细现象h与什么有关？ 毛细现象 与什么有关？ 与什么有关
静力学问题： 静力学问题：
C P0 A B
P0= PA=PB h = PC +ρgh
2α P =P − C 0 R
2α h= ρgR
弯月面曲率半径
2α ρgh = R
讨论1： 讨论 ：
R 管半径r 管半径 θ P0
θ
2α h= ρgR
2α P内=P0+ R
本章节主要内容 表面张力系数α 表面张力系数
• •
力： f α= 能 l
∆E α= ∆S
弯曲液面的附加压强 判断P 2α 1. 判断 S的方向 P = 2. 判断弯曲液面两边 s R 毛细现象 的压强哪个更大。 的压强哪个更大。
2α 2αcos θ = h= ρgR ρgr
P106 7-11
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第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
§7-5 液体的表面现象
1. 表面张力 实验表明 称为表面张力系数。
(1) f B
A f’ (2)
医学物理学 （第七版）
A
f
f’
(1 B
(2
)
)
2. 液体表面张力的微观本质
表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不对
称性引起的。
A
当液体内部分子移动到表面层中时，就要克服 上述指向液体内部的分子引力作功，这部分功将转 变为分子相互作用的势能。
表面张力系数 溶合过程中释放的能量
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
医学物理学 （第七版）
例 吹一个半径为8cm的肥皂泡， (肥皂液的表面张力系数为α
＝4×10-2 N.m-1,设过程是等温的)需做功为
A.π×10－4J B. 2π×10－4J C. 1.02π×10－3J
D. 2.05π×10－3J
fL
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
3. 液体的表面能
从做功的角度定义 F 做功为： △S 指的是这一过程中液体表面积的增量，
所以：
医学物理学 （第七版）
表示增加单位表面积时，外力所需做的功
从表面能的角度定义
由能量守恒定律，外力 F 所做的功完全用于克服表面张力，从 而转变为液膜的表面能 △E （表面层中所有分子）储存起来，即：
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
医学物理学 （第七版）
例 半径为r =2×10-3mm的许多小水滴融合成一半径为R=2mm
的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表面张力系数
=73×10-3N·m-1在此过程中保持不变)
求 所释放出的能量
解 设小水滴数目为 n ，n 个小水滴的总面积为
则大水滴的面积为 在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则