第3章 液体的表面现象 复习教师：陈莹莹*理学院 应用物理系1目目 录录第1节：液体的表面张力第4节：蒸发与凝结*理学院 应用物理系2第2节：弯曲液面的附加压强第3节：毛细现象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 。定居时间：液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。*理学院 应用物理系31.1 液体的微观结构说明不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同。 当外力作用时间大于定居时间表现为液体的流动性 当外力作用时间小于定居时间表现为固体特有的弹性形 变、脆性断裂等力学现象 液体表面像张紧的弹性薄膜一样，具有使液体表面收缩至最小的趋势。 液体表面具有收缩作用的力，称为液体的表面张力。1.2 液体的表面张力现象及其微观本质液体的表面张力现象*理学院 应用物理系41.2 液体的表面张力现象及其微观本质液体表面张力的微观本质*理学院 应用物理系5从力的角度看，在宏观上 就呈现为表面张力。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，在没有外力影响下，液体应处于表面 积最小的状态。即液面具有收缩趋势，就像绷紧的膜。从力的角度定义称为表面张力系数，表示单位长度直线两旁液面的相互作用拉力，单位为 N m -1 。1.3 表面张力系数*理学院 应用物理系6表示液面增加单位表面积时，外力所需做的功。从做功的角度定义表示液面增加单位表面积所增加的表面能。从表面能的角度定义（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 。1.3 表面张力系数表面张力系数的基本性质*理学院 应用物理系7例半径为r =210-3mm的许多小水滴融合成一半径为R=2mm的 大水滴时 (水滴呈球状，水的表面张张力系数 =7310-3Nm-1 保持不变变)，求所释放出的能量。解大水滴的面积为 设小水滴数目为 n ，n 个小水滴的总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 表面张力系数 融合过程中释放的能量源于表面积 减少释放的表面能 则1.3 表面张力系数*理学院 应用物理系8与水接触的油的表面张力系数 a=1.810-2Nm-1 ，为了使 1.010-3 kg 的油滴在水内散布成半径 r = 10-6m 小油滴 （a不变，油的密度为为=900kgm-3），需要做多少功？ 例设一个半径为R 的大油滴散布成N 个小油滴，表面积增加，因而所需作的功为解油的质量 m 不变，则可得：1.3 表面张力系数*理学院 应用物理系9目目 录录第1节：液体的表面张力第4节：蒸发与凝结*理学院 应用物理系10第2节：弯曲液面的附加压强第3节：毛细现象对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近液面的两侧就形成压强差，称为附加压强。其中 为液面内侧的压强，为液面外侧的压强。2.1 弯曲液面的附加压强*理学院 应用物理系11注意：附加压强正负，与方向无关，仅表示液面内外压强的大小关系。表面张力的合力f合的方向指向液面 内，与P0方向相同fsPsP2凹液面PsP3凸液面f表面张力的合力f合的方向指向空气 ，与P3方向相同ffP0 sP02.1 弯曲液面的附加压强*理学院 应用物理系12球形液面的附加压强与表面张力系数成正比，与液面的曲率半径成反比。 同理可证，对凹形液面2.2 球形液面的附加压强附加压强与表面张力的定量关系*理学院 应用物理系13df/dfdfr ABCRdlR CAB 球形液泡内气体的压强为2.2 球形液面的附加压强球形液膜附加压强与表面张力的定量关系*理学院 应用物理系14如果液面外大气压为P0，在平衡状态下，球形液面内液体压强为凹形液面内液体压强为例求如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大 一小两个气泡。（假设肥皂薄膜厚度为定值） 如果打开连通管，气体会怎么运动？解由肥皂泡内外气体压强差由肥皂泡内外气体压强差打开连通管后打开连通管后气体将从气体将从B B 流向流向 A A 。由于由于 所以所以那么形成那么形成 B B 的肥皂薄膜最后会不会流的肥皂薄膜最后会不会流经连经连经连经连 通管，最后到达通管，最后到达 A A ？2.2 球形液面的附加压强*理学院 应用物理系15目目 录录第1节：液体的表面张力第4节：蒸发与凝结*理学院 应用物理系16第2节：弯曲液面的附加压强第3节：毛细现象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，通常用表示。当 时，液体润湿固体；当 时，液体不润湿固体 。当 时，液体完全润湿固体；当 时，液体完全不润湿固体。润润湿不润润湿3.1 润湿和不润湿*理学院 应用物理系17润湿和不润湿取决于液体和固体的性质，是由附着层分 子力引起的。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。 固 体液体如果液体对固体润湿，则 形成凹液面。附加压强向上， 管内液面升高，产产生毛细现细现 象。固 体液体如果液体对固体不润湿，则形成凸液面，附加压强向下，管 内液面降低，产产生毛细现细现 象。 3.2 毛细现象毛细现象产生的原因*理学院 应用物理系183.2 毛细现象R rh*理学院 应用物理系19毛细管中液面上升或下降的高度说明若液体不润润湿管壁，则则 可得 ，管内液面下降。在完全润润湿或完全不润润湿的情况下， = 0或 = ，则则： 上升或下降的最大值值目目 录录第1节：液体的表面张力第4节：蒸发与凝结*理学院 应用物理系20第2节：弯曲液面的附加压强第3节：毛细现象*理学院 应用物理系21