表面张力(幻).ppt

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1、第七章      分子动理论第五节     液体的表面现象一、   液体的界面液体与气体的差别——气体分子间的距离通常较大，而液体分子间的距离缩短了，分子力的作用显著增加，液体分子由于互相吸引，表现出气体分子所没有的内聚力和自由表面。1在液体的表面，无论是在液体与空气之间的自由表面，或是在两种不能混合的液体之间的界面，或是在液体与固体之间的界面，各个方向的物理性质就不相同，即各向异性。在液体内部由于分子的紊乱运动，液体在各个方向的物理性质都是完全相同的，即各向同性。液体区别于气体的主要特征之一：是它和空气接触处有一个自由表面，和固体

2、、器官组织接触处有一个附着层。2表面张力产生的原因，可以用分子间相互作用的分子力来加以解释。液体具有收缩其表面，使表面积达到最小的趋势。这说明液体表面存在着张力，这种张力称为表面张力。1、表面张力一、表面张力和表面能3而当分子间的距离大于10-9m时，引力很快趋于零。当两分子间的距离大于r0而在10-10～10-9m时，分子间的作用力表现为引力;当两个分子间的距离r=r0时，分子间的作用力为零。分子间的平衡距离r0的数量级约为10-10m。4分子作用球——分子引力作用范围是半径为10-9m的球形，球的半径称为分子作用半径。如果以10

3、-9m为半径作一球面，显然则只有在这个球面内的分子才对位于球心上的分子有作用力。液体的表面层——液体表面厚度等于分子作用半径的一层。在表面层内液体分子受力的情况跟液体内部的液体分子的受力情况有所不同。56为了定义表面张力，我们可以设想在液面上有一条线段MN，它把液面划分成1和2两部份，如下图所示。可见,位于液体表面层内的液体分子都受到了一个指向液体内部的力的作用。在这些力的作用下，液体表面就处于一种特殊的紧张状态，在宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有表面张力。78表面张力系数α与液体的性质和温度有关，液体的α值还与液体的纯净度有

4、关。在国际单位制中，α的单位是（N·m-1）。α——液体的表面张力系数，其在数值上等于沿液体表面作用在分界线单位长度上的表面张力。F=αL实验表明：f1、f2都与液面相切，并与分界线MN相垂直，大小相等，方向相反。而表面张力的大小F是和液面设想的分界线MN的长度L成正比的，因此有910液体的表面能——增加单位液体表面积所作的功。其又称为表面自由能，是在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分。这种势能是和液面的面积成正比的。所有位于表面层内的液体分子，都要受到垂直液面并指向液体内部的分子引力的作用。表面层内的分子比液体内部的分子具有更

5、多的势能。液体表面张力产生的原因，可以用液体分子间相互作用的分子力来加以解释。不同的液体，分子间的相互作用力不同。分子间相互作用力愈大，相应的表面张力系数就愈大。112、表面能从功能关系来考察表面张力系数与液体表面能的关系。见图5-6。12外力所作的功为那么液体表面能的减小可以通过下面任一种自动过程来实现：即增加单位液面所增加的势能。自动减小S；自动减小α；S和α两者都同时自动减小。由上式可知，α在数值上等于增加单位液面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小等于增加单位液面时所增加的表面自由能。（J·m-2）13二、曲面下的附加压强

6、14如果液面是凹面，如图（C）所示，表面张力的合力将指向液体外部，对液面下的液体则产生一个负压力。如果液面是凸面，如图（b）所示，因表面张力沿周界与液面相切，则沿周界各个方向的表面张力F将产生一个指向液体内部的合力（正压力）。在图（a）中，液面是水平的，则表面张力F也是水平的，因此作用在AB周界上的表面张力相互平衡。P0与P产生的压力也是相互平衡的。15附加压强与哪些因素有关呢？下面我们就球形液面的附加压强进行讨论。这种由于液面弯曲，由表面张力所产生的压强，即弯曲液面内外的压强差叫做附加压强，以P表示。与水平液面相比，由于液面弯曲，

7、凸液面下的液体的压强大于液体外部的压强，凹液面下的液体的压强小于液体外部的压强。1617作用在小面元ΔS周界线Δｌ上的表面张力为Δf＝α×ΔｌΔf可以被分解为Δf１和Δf２，由于Δf２与半径ｏｃ垂直，对附加压强不起作用，故不考虑。而Δf１的方向指向液体内部，其值为Δf１=Δlsinφ=α×Δlsinφ18作用于ΔS整个周界线－－即其周长上的表面张力，指向液体内部的分力总和为以sinφ=r/R代入上式得：此力是作用在半径为ｒ的小圆面积上，因此，ΔS曲面对液体内部施加的附加压强为：19此式表明，球形液面的附加压强和表面张力系数成正比，与

8、曲率半径R成反比。曲率半径越小，附加压强越大。如果液面是凸的，曲率中心在液体内部，P取正值，说明液面内的压强大于液面外的压强；上式称为球形液面的拉普拉斯公式。如果液面是凹的，曲率中心在液体外部，P取负值，说明液面内的压强小于液面外的压