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医用物理学 液体表面现象 公开课课件

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医用物理学课件第七章 液体的表面现象

医用物理学课件第七章 液体的表面现象

润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的表面 张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。
若液体不润湿管壁，则 q
2
可得：h 2 cosq 管内液面下降。 gr
在完全润湿或完全不润湿的情况下，q = 0 或q = ，则：
h 2 gr
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
例
医学物理学 （第七版）
P1=P0
第七章 分子动理论
§7-5 液体的表面现象
♦ 凸形液面：分析小薄层液片受力情况，
表面张力的合力 f合 的方向与凸面法
线方向相反，
所以
P2
P0
f合 S
即
P P2－P0 0
♦ 凹形液面：分析小薄层液片受力情况，
表面张力的合力 方向相反，
f合 的方向与凹面法线 f
所以
P3
f合
S
P0
P P3－P0 0
§7-5 液体的表面现象
§7-5 液体的表面现象
1. 表面张力
实验表明 f L
称为表面张力系数。
(1) f B
A f’ (2)
医学物理学 （第七版）
A
f
f’
(1) B
(2)
2. 液体表面张力的微观本质
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。
A
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。
某液体在一毛细管中上升的高度为2.26cm,其直径为1.0×10-3m,
如果接触角为零,液体的密度为1.05*103 kg.m-3,则其表面张力
系数为:
A．5.8*10-2N.m-1

医用物理课件：第6章液体的表面现象

医用物理课件：第6章液体的表面现象

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

医用物理课件：第6章液体的表面现象

医用物理课件：第6章液体的表面现象

第六章 液体的表面现象
第四节 表面活性物质与表面吸附 一、表面活性物质和表面非活性物质 1、表面活性物质 *能够减小液体（溶剂）表面张力系数的物质（溶质）。 *水的表面活性物质：胆盐、卵磷脂、肥皂等。 2、表面非活性物质
*能够增大液体表面张力系数的物质。
*水的表面非活性物质：食盐、淀粉、糖类等。
视频： 水的表面活性物质和非活性物质
植物水分的输送、动物血液在毛细血管中的流动、 外科用脱脂棉来擦拭创面的污液、普通手术缝合线 要经过蜡处理等。
第六章 液体的表面现象
例：如图，玻璃毛细管直径为1mm,水在毛细管里上 升了30mm,此时接触角φ＝0°，如果管子慢慢地竖直 下降，直到管子顶端离烧杯里的水面20mm时,求此时 管中液面的曲率半径。
第六章 液体的表面现象
三、表面活性物质在呼吸过程中重要作用（自学为主）
1、肺组织结构：主要由大量大 小不一的肺泡组成。 2、小肺泡没有萎缩，大肺泡没 有膨胀 3、肺泡内壁分泌出的表面活性 物质发挥了重要作用。
4、人体的呼吸系统，把表面张力 与表面活性物质有机结合起来,才 实现了正常呼吸过程。
5、新生儿通过大声啼哭来克服肺泡的表面张力，以 获得生存。
（2）小液块所受内外压力的合力向上
p πR2 sin2
（3）球形液面的拉普拉斯公式
2πR sin2 p πR2 sin2
P 2
R
凹球面 P 2 R：球面的半径。 R 正负号意义？
第六章 液体的表面现象
2.球形液膜产生的附加压强 对外表面
对内表面
PB
PA
2
R2
PB
PC
2
R1
液膜很薄：R1=R2=R
pA
p0

医用物理学07液体的表面现象ppt

医用物理学07液体的表面现象ppt

A
B
(对于下降同样适用)
毛细现象的应用：
日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾纸吸墨水、煤油灯、 植物吸收和运输水分等。
临床应用：1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。 2、普通手术缝合线要经过蜡处理。
药学应用：1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内 毛细管才能气化。
2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使 水分进入片剂，利于人体对药物的吸收。
液体表面能: 表层中所有分子高出液体内部分子的那 部分势能的总和，称为液体的表面能。
现象：小水滴融合成大水滴时，要释 放出能量；
反之，大水滴分散成许多小水滴时， 要吸收外界能量；如：静电喷雾
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
增溶作用举例：为了使喷洒在作物叶片上的农药能适 当地展布开来，往往也要在稀释过的农药中加入表面 活性物质：皂素、皂角粉、肥皂水；
在冶金工业中，为加快熔融金属的结晶速度，在金属 中加入表面活性物质降低其表面张力系数。如：钢液 结晶时加入不同含量的硼会改变表面张力系数值。
本章小结
1、表面张力、表面能
原因：表面张力及润湿、不润湿。
毛细现象和气体栓塞
三、毛细现象和气体栓塞
附着层(即与固体接触的一薄层液体)内 液体分子的运动主要受到两个力影响：
f附：固体分子对液体分子的吸引力称为 f附
附
f内
附着力。
固着 液
体层 体
f內：液体分子对液体分子的吸引力称为
內聚力。
当f附> f内时，
附着层扩展， 液体润湿固体； 例：水润湿玻璃
m’是液内分子； m是液体表面层分子。

医用物理学三章 液体的表面现象3.4 课件

医用物理学三章 液体的表面现象3.4 课件

液膜内表面为凹液面，有
所以附加压强为 PS

PB PC
4
R
2
R
球形液泡内气体的压强为
P P0
PS
P0

4
R
例 如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大 一小两个气泡。（假设肥皂薄膜厚度为定值）
求 如果打开连通管，气体会怎么运动？
解 由肥皂泡内外气体压强差
PA
第三章 液体的表面现象
在液体与气体的分界面处厚度等于分子有效 作用半径(1nm)的那层液体称为液体的表面层。
在液体与固体的分界面处厚度等于分子有 效作用半径的那层液体称为液体的附着层。
学习内容
• 表面张力和表面能 • 弯曲液面的附加压强 • 润湿和不润湿现象 • 毛细现象 • 气体栓塞现象
液体的表面张力
说明：①力的作用是均 匀分布的，力的方向与 液面相切；②液面收缩
至最小。
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
A
部分子B为球心、分子有效作用距
B
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；
从统计上讲，其受力情况也是对称的，
由势能最小原则（对任何一个系统来说，势能越 小，系统越稳定），在没有外力影响下，液体应处于 表面积最小的状态。
表面能（ΔE ）
表面能：把液体分子从内部移到表面层所增加的势能。
可以从功能关系得到表面能的大小
F 的大小：
F 2L
F 做功为：
W F x 2Lx S
B
所以沿各个方向运动的可能性相等。

液体的流动规律与表面现象 ppt课件

液体的流动规律与表面现象 ppt课件

收缩压 115 （男） 舒张压 73 （男） 收缩压 110 （女） 舒张压 70 （女）
ppt课件
32
高血压六大危险信号
剧烈，同时又恶心作呕，就可能是向恶性高血压转化的信号。
头疼：部位多在后脑，并伴有恶心、呕吐感。若经常感到头痛，而且很
眩晕：女性患者出现较多，可能会在突然蹲下或起立时发作。
耳鸣：双耳耳鸣，持续时间较长。
液体的黏滞性
ppt课件 4
一、 理想液体 不可压缩又无黏滞性的液体。
理想液体是不存在的，它是实际液体的近似，为 了研究问题的方便，它代表实际液体的一种理想化模 型。水和酒精都可以看作理想液体。
二、稳流
一般情况： • • • • 同一时刻： 空间各点流速不同； 同一地点： 不同时刻流速也不相同。
ppt课件 5
πR 4 P Q 8ηL
P 8ηL Q 令 Rf 则 4 称为流阻， πR Rf 常用上式分析心输出量、血压和外周阻力之间的关系。
泊肃叶 (17991869) 法国生理学 家.
高血压的治疗：老年人血管往往硬化，流阻增大，所以 血压升高。可以服用扩张血管的药物，减小流阻，在Ｑ 不变的情况下，血压降低。 ppt课件
舒张压：当心脏舒张时，动脉管壁弹性回缩，此时动脉 管壁所受到的压力的最低值称为舒张压（也叫低压）。 脉压：收缩压与舒张压之差称为脉压（脉压=收缩压-舒张压） 通常我们测血压右侧与左侧的血压不一样，最高可相差 10毫米汞柱，最低相差不到5毫米汞柱。
ppt课件 27
ห้องสมุดไป่ตู้
（一）正常血压
收缩压：90~140mmHg（12.0~18.6kPa） 舒张压：60~90mmHg(8.0~12.0kPa)
20

液体表面现象分析PPT课件

表面活性物质能够使液膜稳定，因为当某处液膜由于液体的流动而变薄时，其中 的表面活性物质减小，表面张力随之增加，从而使这里的液膜变厚而不至于破裂。
14
第14页/共34页
四、表面吸附现象
1.液体的表面吸附现象（surface adsorption）
表面吸附：一种液体在另一种液体表面上伸展为薄膜的现象。
即由于液面的弯曲，在凹形一方的压强总比凸形一方的压强大。
附加压强：弯曲液面内部压强与外部压强之差。
PS = P内- P外
18
第18页/共34页
二、附加压强的计算
1．任意弯曲液面
ps
p内
p外
f S
( 1
R1
1 R2
)
——拉普拉斯公式
Note:
(1) R1和R2为相互垂直的正截口的曲率半径； (2) 符号规定：
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
如果液面是水平的，则液面AB所受到的表面张力均沿此平面而互相抵消， 这时液面内外的压强相等，如图（a）所示。
如果液面为一凸面，则表面张力的合力指向液体内部，AB面紧压液体使它 受到一额外的压强，称为附加压强，用Ps表示。所以平衡时液面的内部压强 必大于外部压强，如图（b）所示。 如果液面为一凹面，则表面张力的合力指向液体外部，AB面好象要被拉出 液面，所以平衡时液面的内部压强必小于外部压强，如图（c）所示。

医用物理6液体的表面现象PPT课件

the direction of surface tension
• 表面张力的大小
the magnitude of surface tension
• 表面张力：液体的表面如紧张的薄膜， 有
收缩成表面积最小的趋势，这说明液体的
表面存在着张力，这种作用力叫表面张力
（surface tension）。 •自然现象：露珠，荷叶上水滴，雨点等呈圆形 •产生原因：分子相互作用的分子力。
W S
三、弯曲液面的附加压强 additional pressure
• 平面、凸面、凹面的受力分析 • 附加压强 • 附加压强的大小（球面，球膜） • 现象解释
曲面受力分析
S
PiS
f PoS
f
• 静止的液体表面有平面和曲面两种形式。
•在液体表面上取一面积元S， S同时受到三个力
的作用：表面张力、空气的压力 PoS 、表面内部
液体的压力Pi S（重力忽略）。
f
S
PiS
f
PoS 平液面的附加压强
•附加压强 additional pressure ： 液面内外静压强 差为液面的附加压强 • 液体的表面为平面时
P P P s i o
P S P S o i
P s 0
•结论：对于平面，附加压强为0
S
PiS F F PoS
f
f
凸液面的附加压强
立体图
• 液体的表面为凸面时，合力F指向液体内部：
P S F P S o i
结论：对凸面而言，液面内的压强大于液面外的压强。
P s 0
F
PiS
F f
f
S
PoS
凸面和凹面的判断： 液面相对于液体的形状

《液体表面现象》课件


液体表面现象的分类
总结词
对液体表面现象进行分类和解释。
详细描述
液体表面现象可以分为静态和动态两类。静态现象主要包括表面张力和润湿现象 ，而动态现象则包括液体在固体表面的铺展、液滴的形成与破碎等。
液体表面现象的应用
总结词
列举液体表面现象在生活和工业中的 应用。
详细描述
液体表面现象在生活和工业中有着广 泛的应用，如防水、防雾、化妆品、 生物医学等领域。同时，在能源、环 境、微电子等领域，液体表面现象也 有着重要的应用价值。
表面活性剂的应用
表面活性剂在工业生产和日常生 活中有着广泛的应用，如洗涤剂 、化妆品、农药、食品、医药等
领域。
表面活性剂能够降低溶液的表面 张力，提高溶液的渗透性和润湿 性，有助于提高生产效率和产品
质量。
在医药领域，表面活性剂可以作 为药物载体和药物释放剂，有助 于提高药物的疗效和降低副作用
。
感谢观看
表面活性剂分子通常具有不对称的结 构，一端为亲水基团，另一端为疏水 基团，这种结构使得表面活性剂分子 能够定向排列在液体表面。
表面活性剂的分类
01
根据疏水基团的性质，表面活性 剂可以分为阳离子型、阴离子型 、非离子型和两性型等。
02
根据亲水基团的性质，表面活性 剂可以分为羧酸盐型、硫酸盐型 、季铵盐型等。
如荷叶效应、不粘锅等。
03
应用三
表面张力与毛细现象。浸润与不浸润现象与表面张力和毛细现象密切相
关，在自然界和工程领域中有广泛的应用，如植物叶片的蒸腾作用、毛
细血管的血液流动等。
05
表面活性剂
表面活性剂的定义
表面活性剂是一种能够降低液体表面 张力的物质，具有亲水基团和疏水基 团，能够在液体表面形成单分子膜。

医用物理学 液体表面现象 公开课课件


本章小结
1. 表面张力系数 ：沿液体表面垂直作用于单位长
度上的张力。
2. 表面张力：f = L
3. 表面能：E=A=S 4. 分子作用半径：分子引力的作用范围（约10-9m）
5. 附加压强：p=p=2 /R
6. 润湿：液体附着在固体表面的现象。 7. 不润湿：液体不附着在固体表面的现象。 8. 接触角：在液体与固体的分界处，液体表面的切 面和固体表面的切面在液体内部的夹角。
面积最小的状态。从力的角度看，就有表面张力存在。
例1、半径为r =2×10-3mm的许多小水滴融合成一半 径为R=2mm的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表
面张力系数α=73×10-3N/m在此过程中保持不变)
试求此过程中释放出的能量。
解：设小水滴数目为n，n个小水滴的总面积为
S 4πr2n 大水滴的面积为 S 4πR 2
如果毛细管中有n个液滴根据上述讨论如果最左边弯液面处压强为p同理要使第二个液滴移动第二个气泡中的压强必须必须大于p要使这n个液滴移动则最右端必须施以大于p七气体栓塞在医学中的应用注射前要排尽针筒中气体
液体的表面现象 The surface phenomenon of liquid
•液体的表面张力 •弯曲液面的附加压强 •液体与固体接触的表面 现象 •表面现象的医学应用
水 玻璃
θ
>900
水银 玻璃
水
水银
当θ<π/2 时，液体润湿固体 当θ>π/2 时，液体不润湿固体 当θ=0时，液体完全润湿固体 当θ=π 时，液体完全不润湿固体
2、毛细现象（ Capillarity ）
液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升；液体不浸 湿毛细管壁时，管内液面下降 。
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f (N / m)
l
表面张力的测定：
A
D
平衡时：
f 2 l
l
2l
f
*表面张力系数：
液体薄膜
f
2l
B
C
（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。
（2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。
（3）与液体的纯度有关。
（4）与相邻的介质有关。
二、表面能(surface energy)
解：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
W S
油的质量 m 不变，则 m N 4 r3
3 m 4 R3
3
可得：W 6.0 102 J
S 4 (Nr2 R2 )
N
3m
4 r 3
13
R
3m
4
三 、 弯 曲 液 面 附 加 压 强 (The additional pressure under a curved surface)
表面层中液体分子所具有比液体内部分子所多出的势能
总和。
A
D
D′
增加单位表面积所作的功：
l
2l
ΔS F
f
W S
f x f 2l x 2l
液体薄膜
B
C △x C′
2l (J.m2 )
2l
表面张力系数等于液体增加单位表面积所作的功。
不同液体与空气接触时的表面张力系数α
液体 丙酮 甲醇
苯 氯仿 甘油 水银 肥皂液 溴化钠
内下部液体分子密度大于上部； 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。
fL
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
由于液面处于紧张状态，在液面上
存在着起收缩作用的表面张力。这些表
面张力的方向都与液面相切，并且与线
段AB 垂直；它们大小相等，方向相反，
分别作用在两部分液面上。
实验表明: 表面张力的大小正
A
比于线段AB的长度。
f l
f l
Bf
f
表面张力系数(surface tension
coefficient )：
r
C
空气
B
表面层
液体 A
A是液内分子；B和C是液体表面层分子。 液内分子A受力分析：
A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0
C
空气
B
表面层
液体 A
表面层分子B和C的受力分析： 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子 吸引力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的 弹性薄膜。
2.表面张力(surface tension)
1.弯曲液面的附加压强
表面层中取一小薄层液片 平面液面： P液内=P0
空气 f ΔS
水
P0 f
P液内
弯曲球面液面：
由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内 P0
ΔS P0
f 凹面
P附
P0 f
ΔS P液内 水
f水
P液内
f
P附
凸面
球冠表面张力: fs (2r)
表面张力的水平分量相互抵
r=Rsin
用公式计算液体在毛细管中上升或下降的高 度。
一、表面张力（Surface tension ）
1、表面与表面层(surface and surface layer)：
液体表面: 液体与气体或固体的接触面。
液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径 的一层液层。
r r
r 109 m water
Water drop
面积最小的状态。从力的角度看，就有表面张力存在。
例1、半径为r =2×10-3mm的许多小水滴融合成一半 径为R=2mm的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表
面张力系数α=73×10-3N/m在此过程中保持不变)
试求此过程中释放出的能量。
解：设小水滴数目为n，n个小水滴的总面积为
S 4πr2n 大水滴的面积为 S 4πR 2
溶合过程中水体积不变 表面张力系数 E
S
溶合过程中释放的能量
4 πr3n 4 πR3
3
3
R3 n r3
E S (4r 2n 4R2 ) 4( R 1)R2
r
例2、与水接触的油的表面张力系数 a=1.8×10-2N/m ，为 了使 1.0×10-3 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 ρ=900kg/m3）。求需做多少功？
液体的表面现面宏观上表现为一个被拉紧的弹 性薄膜而具有张力。
从分子间的相互作用力f 分析表面张力的产生： (平衡位置: r0=10-10 m)
r < r0 r = r0 r > r0
r>分子作用 球半径
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力
无分子力
分子作用球半径：r= 10-9m
水 水 水 水
温度（oc） 20 20 20 20 20 15 20
熔点 0 20 30
100
α（J/m2 或 N/m）
0．0237 0．0226 0．0228 0．0271 0．0634 0．487 0．025 0．103 0．0756 0．0728 0．0712 0。0589
表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用
P0
f PS
f
Pi
Po
f sv A
凹面
Pi
Ps
Pi
Po
f sv A
2
R
Po
Pi
f sv A
Pi Po
Ps
Pi
Po
液体的表面现象 The surface phenomenon of liquid
•液体的表面张力 •弯曲液面的附加压强 •液体与固体接触的表面 现象 •表面现象的医学应用
教学大纲要求 1.掌握液体表面张力、表面能的概念及
它们与表面张力系数的关系。 2.了解润湿、不润湿现象。 3.理解毛细现象、气体栓塞现象，能运
A
f sh
消:
fsh 0
R
fs
表面张力的垂直分量:
O
fsv fs sin
fsv fs sin (2r)sin
球冠底面积：
(2R) sin2
A (R sin )2 R2 sin2
表面张力产生的附加压强:
f sv A
2R sin2 R2 sin 2
2
R
P0
f
PS
f
凸面
Pi
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）。
A
对于液体内部分子 B ，分
子作用球内液体分子的分布
B
是对称的； 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。
B
对于液体表面层的分子 A，分子作用球
A
中有一部分在液体表面以外，分子作用球