醫(yī)學]醫(yī)用物理學04章分子動理論(參考版)
2025-01-09 00:33本頁面
【正文】 44 液體的表面現象 表面張力的大小可以用表面張力系數 ? 來描述 .設想在液面上任作一長為 L的線段 ,則表面張力的方向恒與線段垂直 ,大小與線段的長度 L 成正比 ,即 F = ?L 比例系數就是液體的表面張力系數 ?,定義為液面上單位長度的張力 ,單位是 N/m. 表面張力的數學表達： ? 表面能 把增加單位液體表面積所作的功稱為該液體的表面能 ,單位是 J/m2. 圖為 U形金屬框 ABCD,上 面有一層液體薄膜 ,金屬框的 AB邊長為 L,可以自由滑動 ,由于表面張力的作用 ,薄膜要收縮 .只有用力 F拉著才能保持 AB不動 . 由于液膜有上 、 下兩個表面 ,因此增加單位液膜表面積所作的功為 這也就是增加單位液體表面積所增加的勢能 .由上式可知 ,表面張力系數 ?在數值上等于增加單位液面時外力所做的功 ,從能量角度看 ,其大小等于增加單位液面積時所增加的表面能 . ?? ????? LLxL xFSA 22Δ2 ΔΔ? 彎曲液面的附加壓強 在肥皂泡 、 小液滴等氣體與液體接觸的地方 ,液面都是彎曲的 .對于球面型的液面來說 ,可以證明其附加壓強為 對于中空的肥皂泡 ,由于液膜有內 、 外兩個表面 ,可以認為兩個表面半徑 R相等 ,其附加壓強為 R?4??pRppp?2Δ ???外內? 毛細現象 氣體栓塞 附著層 ：在液體和固體接觸處取一液體薄層 ,厚度為分子引力的有效作用距離 ,這個液體薄層稱為附著層 . 液體不潤濕固體 ：附著層內分子的內聚力大于附著力時 ,附著層內的分子受到的合力垂直于附著層而指向液體內部 ,類似于表面層 ,附著層里液體分子比液體內部稀疏 ,出現類似于表面張力的收縮力 .附著層要盡可能收縮 ,以減小分子勢能 .這在宏觀上表現為液體不潤濕固體 . 液體潤濕固體 ：當附著力大于內聚力時 ,情況正相反 ,附著層內的分子受到的合力指向固體 ,附著層里出現液體相互推斥的力 ,分子在附著層內比在液體內部有較小的勢能 ,附著層有擴展趨勢 ,宏觀上表現為液體潤濕固體 . 水不潤濕樹葉表面 水銀不潤濕玻璃表面 ? 毛細現象 (capillarity)： 潤濕液體在毛細管中上升和不潤濕液體在毛細管中下降 ,這種現象叫做毛細現象 . 上升或下降的高度 h 可用下式計算 : grh ??? c o s2?式中 ?為表面張力系數 ,? 為接觸角 ,?為液體的密度 ,g為重力加速度 ,r為毛細管的內半徑 . 潤濕液體在毛細管中的上升 管內升高的液柱的重量 W為 公式推導： 管內液體上升高度 h停止時 ,表面張力向上的拉引作用和管內升高的液柱的重量達到平衡 . 豎直方向的合力 F1為 W = r2?hg 由 F1=W 可得 毛細現象 rF π2c o s1 ?? ??毛細管中的液體高度 式中 ?為表面張力系數 ,?為接觸角 ,?為液體的密度 ,g為重力加速度 , r為毛細管的內半徑 . grh??? c o s2?? 氣體栓塞 (air emboli
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