醫(yī)用物理：第七章 液體的表面現(xiàn)象

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1、7-5 液體的表面現(xiàn)象液體的表面現(xiàn)象醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明LfAB(2)f(1)f 1. 表面張力表面張力AB(1)(2)ff 稱為表面張力系數(shù)。稱為表面張力系數(shù)。2. 液體液體表面張力的微觀本質(zhì)表面張力的微觀本質(zhì)表面張力的微觀本質(zhì)表面張力的微觀本質(zhì)是表面層分子之間相互作用力的不是表面層分子之間相互作用力的不對(duì)稱性引起的。對(duì)稱性引起的。AfL當(dāng)液體內(nèi)部分子移動(dòng)到表面層中時(shí)，就要克服當(dāng)液體內(nèi)部分子移動(dòng)到表面層中時(shí)，就要克服上述指向液體內(nèi)部的分子引力作功，這部分功將轉(zhuǎn)上述指向液體內(nèi)部的分

2、子引力作功，這部分功將轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿酉嗷プ饔玫膭?shì)能。變?yōu)榉肿酉嗷プ饔玫膭?shì)能。醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象3. 液體液體的表面能的表面能F 做功為：做功為：xFWxL 2SS 指的是這一過(guò)程中液體表面積的增量，指的是這一過(guò)程中液體表面積的增量，所以：所以：SW 表示表示增加單位表面積時(shí)，外力所需做的功增加單位表面積時(shí)，外力所需做的功LF2從做功的角度定義從做功的角度定義從表面能的角度定義從表面能的角度定義由能量守恒定律，外力由能量守恒定律，外力 F 所做的功完全用于克服表面張力，從所做的功完全用于克服表面張力，

3、從而轉(zhuǎn)變?yōu)槎D(zhuǎn)變?yōu)橐耗さ谋砻婺芤耗さ谋砻婺?E （表面層中所有分子）（表面層中所有分子）儲(chǔ)存起來(lái)，即：儲(chǔ)存起來(lái)，即：SWE醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象則大水滴的面積為則大水滴的面積為 nrS2424 RS 例例解解設(shè)小水滴數(shù)目為設(shè)小水滴數(shù)目為 n ，n 個(gè)小水滴的總面積為個(gè)小水滴的總面積為在融合過(guò)程中，小水滴的總體積與大水滴的體積相同，則在融合過(guò)程中，小水滴的總體積與大水滴的體積相同，則333434Rnr33rRn 表面張力系數(shù)表面張力系數(shù) SE求求所釋放出的能量所釋放出的能量溶合過(guò)程中釋放的能量溶合過(guò)程

4、中釋放的能量SE2) 1(4RrR)44(22Rnr半徑為半徑為r =210-3mm的許多小水滴融合成一半徑為的許多小水滴融合成一半徑為R=2mm的大水滴時(shí)。的大水滴時(shí)。( (假設(shè)水滴呈球狀，水的表面張力系數(shù)假設(shè)水滴呈球狀，水的表面張力系數(shù) =73=731010-3-3N Nm m-1-1在此過(guò)程中保持不變?cè)诖诉^(guò)程中保持不變) ) 醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象例例吹一個(gè)半徑為吹一個(gè)半徑為8cm的肥皂泡，的肥皂泡， (肥皂液的表面張力系數(shù)為肥皂液的表面張力系數(shù)為410-2 N.m-1,設(shè)過(guò)程是等溫的設(shè)過(guò)程是

5、等溫的)需做功為需做功為A. 104J B. 2104J C. 1.02103J D. 2.05103J醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論二、彎曲液面的附加壓強(qiáng)二、彎曲液面的附加壓強(qiáng) 對(duì)于彎曲液面來(lái)說(shuō)，由于液體表面張力的存在，在靠近對(duì)于彎曲液面來(lái)說(shuō)，由于液體表面張力的存在，在靠近液面的兩側(cè)就形成一壓強(qiáng)差，稱為附加壓強(qiáng)。液面的兩側(cè)就形成一壓強(qiáng)差，稱為附加壓強(qiáng)。ffP0P1=P0s 水平液面水平液面7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象100PPPPP外內(nèi)其中：其中：P內(nèi)內(nèi)為液面內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)，為液面內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)， P外外為液面外側(cè)的壓強(qiáng)。為液面外側(cè)的壓強(qiáng)。

6、PPP外內(nèi)10PP醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象SfPP合合02合合ffsP0PP2 凹形液面凹形液面PP303PSfP合合 凸形液面凸形液面f合合fffP0s=P0+P=P0-P200PPP300PPP醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象 球形液面的附加壓強(qiáng)球形液面的附加壓強(qiáng)（附加壓強(qiáng)與表面張力的定量關(guān)系）（附加壓強(qiáng)與表面張力的定量關(guān)系）如果是凸形液面，則有如果是凸形液面，則有 = 2/R如果是凹形液面，則有如果是凹形液面，

7、則有 =-2/RPPP外內(nèi)PPP外內(nèi)醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象已知液體的表面張力系數(shù)為已知液體的表面張力系數(shù)為 ，用此液體吹成半徑為，用此液體吹成半徑為R的液泡，求液泡內(nèi)壓強(qiáng)。（大氣壓為的液泡，求液泡內(nèi)壓強(qiáng)。（大氣壓為P PO O）POP1P2P1 = PO + PP2 = P1 P = POP1 = P2 PP2 = P1 + P = PO+2P = PO+ 4/R醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象 潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕潤(rùn)濕和

8、不潤(rùn)濕是由附著層分子力引起的是由附著層分子力引起的潤(rùn)濕潤(rùn)濕不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕內(nèi)聚力：內(nèi)聚力：液體內(nèi)部分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力液體內(nèi)部分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力附著力：附著力：固體分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力固體分子對(duì)附著層內(nèi)液體分子的吸引力潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕決定于潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕決定于液體和固體的性質(zhì)液體和固體的性質(zhì)。三、毛細(xì)現(xiàn)象三、毛細(xì)現(xiàn)象醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象接觸角：接觸角：在液、固體接觸時(shí)，固體表面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部與液體表在液、固體接觸時(shí)，固體表面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部與液體表面所夾的角，面所夾的角，通常用通常

9、用q q 來(lái)表示。來(lái)表示。液體液體潤(rùn)濕潤(rùn)濕固體；固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，2q當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，2q液體液體不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕固體；固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，0q液體液體完全潤(rùn)濕完全潤(rùn)濕固體；固體；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，q液體液體完全不潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕固體；固體；q q潤(rùn)濕潤(rùn)濕q q不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象 將細(xì)的管插入液體中，如果液體潤(rùn)濕管壁，液面成凹將細(xì)的管插入液體中，如果液體潤(rùn)濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內(nèi)升高；如果液體不潤(rùn)濕管壁，液面成液面，液體將在管內(nèi)升高；如果液體不潤(rùn)濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內(nèi)下降

10、。這種現(xiàn)象稱為凸液面，液體將在管內(nèi)下降。這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象。hh能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的細(xì)管稱為能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的細(xì)管稱為毛細(xì)管毛細(xì)管。 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象grhqcos2得：得： 潤(rùn)濕管壁的液體在毛細(xì)管中上升的高度與液體的表面潤(rùn)濕管壁的液體在毛細(xì)管中上升的高度與液體的表面張力系數(shù)成正比，與毛細(xì)管的截面半徑成反比。張力系數(shù)成正比，與毛細(xì)管的截面半徑成反比。若液體不潤(rùn)濕管壁，則若液體不潤(rùn)濕管壁，則q2grhqcos2可得：可得：管內(nèi)液面管內(nèi)液面下降下降。在完全潤(rùn)濕或完全不潤(rùn)濕的

11、情況下，在完全潤(rùn)濕或完全不潤(rùn)濕的情況下，q q = 0 = 0 或或q q = = ，則：，則： grh2醫(yī)學(xué)物理學(xué)醫(yī)學(xué)物理學(xué)（第七版）（第七版）第七章第七章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論7-5 7-5 液體的表面現(xiàn)液體的表面現(xiàn)象象例例某液體在一毛細(xì)管中上升的高度為某液體在一毛細(xì)管中上升的高度為2.26cm,其直徑為其直徑為1.010-3m, 如果接觸角為零如果接觸角為零,液體的密度為液體的密度為1.05*103 kg.m-3,則其表面張力系則其表面張力系數(shù)為數(shù)為:A5.8*10-2N.m-1 B. 6.8*10-3N.m-1 C. 8.6*10-3N.m-1 D. 9.7*10-2N.m-1將半徑分別為將半徑分別為2r和和3r的同種玻璃毛細(xì)管，插入水中，在兩管中的同種玻璃毛細(xì)管，插入水中，在兩管中水上升的高度是水上升的高度是A、細(xì)管的是粗管的、細(xì)管的是粗管的3倍倍 B、粗管的是細(xì)管的、粗管的是細(xì)管的3倍倍C、細(xì)管的是粗管的、細(xì)管的是粗管的1.5倍倍 D、粗管的是細(xì)管的、粗管的是細(xì)管的1.5倍倍