医用物理学07液体的表面现象30页PPT

θ <—完全润湿
θ
θ > 90°——不润湿 不润湿
θ = 180°——完全不润湿
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二. 毛细现象
h
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毛细现象
二. 毛细现象
现象 将毛细管插入液体中， 将毛细管插入液体中，管 中的液面会上升或下降。 中的液面会上升或下降。 原因 润湿与不润湿现象造成了 弯曲液面， 弯曲液面，从而产生了附加压 强，在其作用下液面上升或下 降。
第七章
液体的表面现象
第一节 表面张力和表面能 第二节 弯曲液面的附加压强
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第一节 表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质 二. 表面张力 三. 液体表面分子受力及表面能
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表面张力和表面能
一. 液体具有收缩其表面的性质
荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、 荷叶上的水珠、玻璃板上的水银小球、滴药管 缓慢流出的液滴都趋于成球形
∑f ≠ 0 p0 - ps = p f ps
p0 f p
∆ f = 2α ∆ l ∆f1 = 2α ∆ l sin ϕ ∆f2 = 2α ∆ l cos ϕ
2πr α f = R f1 2α ps = = S R
2
ϕ R r
∆S
ϕ ∆ f1
∆f ∆ f2
凹液面产生指向液体外部附加压强
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第二节 弯曲液面的附加压强
单位: 单位 N·m-1 对于一定的液体， 随温度上升而减小. 对于一定的液体，α 随温度上升而减小
l
α 还与杂质成分及浓度有关. 与杂质成分及浓度有关.
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表面张力和表面能
三. 液体表面分子受力及表面能
表面张力起源于液体分子力 分子力是使固体、 分子力是使固体、液体分子聚集的主要因素 分子力作用半径： 分子力作用半径： 分子力能够发生的作用的 最大分子间距， 最大分子间距，r0 ~ 10-9米 分子力作用球： 分子力作用球： 以分子中心为球心、 以分子中心为球心、以分 子力作用半径为半径所作的球。 子力作用半径为半径所作的球。

空气中水滴 水中气泡
1
1
空气中肥皂 空气中液膜 泡
2
2
第六章 液体的表面现象
第二节 曲面下的附加压强 一、附加压强
1、附加压强P：弯曲液面内外的压强之差。 2、分析方法:液面上取一小液元，它受到：表面张力 ，液面内部压力垂直向外、液面外部压力垂直向内（ 重力可忽略）， 小液元处于静止状态，合力为零。
第六章 液体的表面现象
1、表面张力和表面能 2、曲面下的附加压强 3、毛细现象和气体栓塞 4、表面活性物质与表面吸附
第六章 液体的表面现象
教学基本要求
• 掌握：表面张力、表面张力系数、表面能、 球形弯曲液面的附加压强。
• 理解：功、接触角、毛细现象、表面活性 物质。
• 了解：气体栓塞、表面吸附。
第六章 液体的表面现象
A S
第六章 液体的表面现象
4、表面能与表面张力系数关系
功能原理：功是能转化的量度。
肥皂
F
E A S
膜
改变S表面积所改变的表面能。
5、表面张力系数的三种定义
f (N / m)
L A (J / m2 )
S
单位长度上的表面张力。 改变单位表面积时所作的功。
E ( J / m2 ) 改变单位表面积时所改变的表面能.
引言
“哇……”一声响亮的啼哭，向 世界宣告了一个小生命的诞生。 为什么新生儿要用大声啼哭来 表示他的到来?
护士给病人输液或 打针时为什么要把 皮管或针筒中的气 体挤掉?
第六章 液体的表面现象
一、液体表面和内部的区别
1、液体内部：各向同性
2、液体表面 1）液体与气体的接触界面（自由层）
water
2）液体与固体的接触界面（附着层） 各向异性 3）两种不能混合液体的接触界面

表面张力产生的原因，可用分子力加以解释。 (分子间平衡距离: r0=10-10 m)
r < r0
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力 无分子力
r = r0 r >
m’是液内分子； m是液体表面层分子。
m
m
空气 表面层 液体
液体内分子m’的受力分析： 受到的分子作用力的合力为零：fi=0 表面层分子m的受力分析： 受到一个指向液体内部的分子引力作用； 宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。
原因：表面层的分子具有更多的势能，当小水 滴融合成大水滴时，表面积减小，更多的分子 向液体内部迁移，因此融合后的表面能比融合 前表面能小
液体的表面张力及表面能
表面张力系数与表面能： d a a′ ΔS l 做功
A f x 2l x
S 2l x
增加的面积 F=2l
液体薄膜 c b △x b′
因为 R1 > R2，所以 P1 < P2 。
对大泡：
4 P P0 1 R1
对小泡：
4 P2 P0 R2
毛细现象
水 水在细玻璃管中水面上升； 水银在细玻璃管中液面下降；
水银
毛细现象
cos h 2 2 gr gR
原因：表面张力及润湿、不润湿。
润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管 里下降的现象。
EP A
f f
E p
2 l x S 2l x
表面张力系数的第2定义： 讨论：比表面能的含义

E p S
J / m2
弯曲液面的附加压强
二、弯曲液面的附加压强
平面液面： P液内=P0 空气 水 P0
P液内

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 而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。
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第三章 液体的表面现象 （superficies of liquid）
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。
(a) 凸液面时，R1和R2 取＋，pS 0； (b) 凹液面时，R1和R2 取－，pS 0
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在弧面取四边形DEFG
S l1 l2 0
f1 l1 f2 l2
垂直方向的分量：
f1' f1 sin1
sin 1
OA1 OC1
l2 2R1
f1'
l1
l2 2R1
S 2R1
已知： 1.8102 N / m, 900kg / m3, r 1.0106 m, m 1.0103kg
求：∆W=？
解：大油滴散布成小油滴时，需作功∆E=∆W=α·∆S，其中
S
4
(nr2
，
R2
n) 为小油滴个数，r为小油滴半径，R为大油滴半径，因油的质量
m不变，则
m 4 R3 n 4 r3
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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：
A
∆x
B
B'
W F x 2L x S
D
式中∆S=2L·∆x，是BC边移动过程中所增加的液面面积。
f
F
L
C
C'
按照能量守恒及转换定律，在恒温情况下，外力克服分子间引力做功，表面能增加， 外力F所作的功应等于液体表面能的增量。若用△Ep 表示表面能增量，则：