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1,第二章 液体的性质,2,第一节 液体的表面张力,3,一、液体的表面张力现象,液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。,（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；,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。,说明：力的作用是均匀分布的，力的方向与液面相切；液面收缩至最小。,4,二、表面张力系数,从力的角度定义,(1),(2),f,f,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：,表示增加单位表面积时，外力所需做的功,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，在国际单位制中的单位为 N m-1。,1、表面张力系数的定义,5,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 储存起来，即：,所以：,表示增大液体单位表面积所增加的表面能,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。,二、表面张力系数,6,3、表面张力系数的测定,1）拉脱法测量液体表面张力系数的实验仪器焦利秤(朱利氏称)。,水膜的对金属框的作用力为,当拉起的水膜处于即将破裂的状态时，两个表面近似在竖直平面内，此时用焦利秤对金属框的作用力：,则液体表面的张力系数：,二、表面张力系数,7,二、表面张力系数,8,2）液滴测定法将质量为 m 的待测液体吸入移液管内，然后让其缓慢地流出。,当液滴即将滴下时，表面层将在颈部发生断裂。此时颈部表面层的表面张力均为竖直向上，且合力正好支持重力。,用附有目镜测微尺的望远镜测得断裂痕的直径为 d，移液管中液体全部滴尽时的总滴数为 n，则每一滴液体的重量为：,每一滴所受的表面张力为：,则有,即,二、表面张力系数,9,则大水滴的面积为,解,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,溶合过程中释放的能量,1.求半径为r=210-3mm的许多小水滴融合成一半径为R=2mm的大水滴时所释放出的能量。(假设水滴呈球状，水的表面张力系数=7310-3Nm-1在此过程中保持不变),三、举例,10,2.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，（散布过程可以认为是等温的，油的密度为=900kgm-3）。,设一个半径为R 的大油滴等温地散布成N 个小油滴，因而所需作的功为,解,油的质量 m 不变，则,求,需要作多少功,可得：,三、举例,11,1.分子间的平衡距离r02.51010m分子间距r2.51010m，斥力r 2.51010 m，引力。,2.液体固体分子的间距约1010m，气体分子的间距约109m。,液体的性质与其微观结构有关,四、表面张力的微观本质,12,从受力角度来看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。,分别以液体表面层分子A 和内部分子B为球心、分子有效作用距离为半径作球（分子作用球）。,对于液体内部分子 B，分子作用球内液体分子的分布是对称的；,A,B,B,从统计上讲，其受力情况也是对称的，所以沿各个方向运动的可能性相等。,四、表面张力的微观本质,13,对于液体表面层的分子 A，分子作用球中有一部分在液体表面以外，分子作用球内下部液体分子密度大于上部；,从能量观点分析，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。所以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。,统计平均效果所受合外力指向液体内部，因此有向液体内部运动的趋势。,A,fL,四、表面张力的微观本质,14,第二节 弯曲液面的附加压强,15,一、弯曲液面的附加压强,表面层中取一小薄层液片分析其受力情况（忽略其所受的重力），,f,f,P1=P0,s,即,水平液面:,可知,自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强。,16,分析小薄层液片受力情况，,分析小薄层液片受力情况，,表面张力合力 的方向与液面外法线方向相反，,