液体表面现象.ppt

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1、医学物理学(PhysicsforMedicalSciences)本科课程重庆医科大学医学物理学教研室1液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。液体分子间距较气体小了一个数量级,为10-10m，分子排列较紧密，分子间作用力较大,其热运动与固体相似,主要在平衡位置附近作微小振动。液体没有一定形状，并具有流动性。这是由于液体分子振动的平衡位置不固定，是近程有序，即在很小范围内在一短暂时间里保持一定的规则性。概述由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产

2、生一系列特殊现象，即：液体表面现象。2第三章液体的表面现象（superficiesofliquid）对象：静止液体的表面层学科：流体力学⑴静力学：表面张力…⑵动力学：流体流动时的力学规律。应用：医学材料的表面活性和吸附呼吸系统的肺泡功能、血液流动和人体养分输送时的气体栓塞、…3第三章液体表面现象一、目的要求掌握液体表面张力的基本规律，了解表面张力的医学应用。二、教学内容:(3学时)液体的表面张力与表面能,弯曲液面的附加压强,表面吸附和表面活性物质,肺泡的表面张力,毛细现象,气体栓塞。4组成物体的分子之间存在着相

3、互作用力，这些力既有斥力也有引力。分子间的作用力通称为分子力(molecularforce)。液体分子间引力作用范围远大于斥力范围(斥力只有在分子非常靠近时才起作用)。如图，令r(10-9m)表示分子引力作用范围，以选定的某分子为中心，r为半径，作一球体，称为分子作用球.§3-1　液体的表面张力一、液体的表面层(surfacelayer)51.现象(P45)：说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。(2)液面像紧绷的橡皮膜具有弹性。(1)液面有收缩到最小的趋势；2.表面张力(1)表面层：在液

4、体与气体交界面，厚度等于分子有效作用半径r的一层液体。(2)表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。二、液体的表面张力(surfacetension)6当分子A的分子作用球完全处于液体内部时，由于分子作用球范围内各分子对它的引力恰好互相抵消，所以合力为零。分子B的分子作用球一半在液面之上。由于气体密度比液体密度小得多，因此可忽略液面上气体分子对分子B的引力，则它只受到液体内部周围分子的引力，其合力F指向液体内部。由于分子C的分子作用球在液面以上的部分较分子B小，所以它所受到的指向液体内部

5、的合力F也小。液体表面层中每个分子都受到合力F的作用，而且越靠近液体表面，其作用力越大。所以都有从表面层尽量挤入液体内部的趋势，使表面层具有收缩的趋势。宏观上：液体表面层存在着表面张力。3.表面张力产生的原因①从分子运动论观点说明7若想把一个分子从液体内部移到表面层，就必须克服合力(引力)F而作功，从而增加了这个分子的势能，所以，处于表面层的分子较液体内部的分子有较大的势能。表面层为高势能区。液体表面层中每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的合力（引力）F的作用。rrABFCF表面层中各个分子势能的总和，

6、称为该液体的表面能(surfaceenergy),用Ep表示。②从能量观点来分析任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。表面张力是宏观力，与液面相切;F是微观力，与液面垂直。84.表面张力的定量描述液体表面处处存在着表面张力，如图，设想在液面上作一长为l的线段，将液面分成两部分。MNⅠⅡf1f2则表面张力的存在表现为：线段两边的液面都以一定的拉力f作用于对方，这个力的方向与液体表面相切，且垂直于分界线段l。表面张力的大小f

7、与分界线段的长度l成正比，即：95.液体表面张力系数单位：N·m-1,表面张力可用各种实验方法测定。表面张力系数定义：它等于单位长度分界线上表面张力的大小。式中，比例系数叫做液体的表面张力系数。其量值大小与液体性质、温度及纯度有关。同一种液体，温度越高，值越小。当纯净液体内含有杂质时，值也会发生变化。P46表3-1给出一些常见液体的表面张力系数。10从功能关系来理解表面张力系数的物理意义。表面张力系数的大小可用下面的方法进行测量。如图，取一铁丝框ABCD，且BC边可自由滑动，使在框上形成液膜。由于液膜有收缩表面

8、积的趋势，所以长为L的BC边受到一个向左的、大小为2αL（因为薄膜有两个表面，所以乘2）的表面张力，所以将向左滑动。欲使BC边保持不动，必须加一个外力F来使它平衡，其方向与表面张力相反、大小相等，则为：ABB'CDC'LFf只要测量出F及L，即可求得α的数值。11LABCDB'C'Ff∆x设想BC边在力F的作用下沿F方向移动了一段距离∆x，则在此过程中，外力F所作的功为：式中∆S=2L