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1、第3章 液體的表面現(xiàn)象,,,昆蟲在水面上行走,Surface tension：Robert Anderson,光的干涉條紋顯示水面高度的微小變化,蚊子靠納米結構練就水上漂,A ROBOT WALKING ON WATER,結論：水面是一張有彈性的膜,,有趣的現(xiàn)象,二、液體的表面張力現(xiàn)象及微觀本質,液體表面像張緊的彈性膜一樣，具有收縮的趨勢。,（1）毛筆尖入水散開，出水毛聚合；,（2）蚊子能夠站在水面上；,（3）鋼針能夠放在水面上；,（4）荷花上的水珠呈球形；,（5）肥皂膜的收縮；,液體表面具有收縮趨勢的力，這種存在于液體表面上的張力稱為表面張力。,說明：力的作用是均勻分布的，力的方向與液面相切

2、； 液面收縮至最小。,3.1 液體的表面張力,一、液體的微觀結構,液體分子間作用力顯著。,宏觀上表現(xiàn)為不易壓縮性。,液體分子在平衡位置附近做振動和在液體內(nèi)移動。,在液體與氣體的分界面處、厚度等于分子有效作用半徑的那層液體，稱為液體的表面（層）。,表面層是一個厚度大概為10-9m的薄層，液體分子間距比較大,（1）液面收縮的微觀解釋,1、從分子力的角度，,B分子合力表現(xiàn)為_________________,分子之間存在引力，液體內(nèi)部每一個分子都受到周圍分子的引力，處于平衡狀態(tài)。 但邊界處的分子只受到內(nèi)部分子的引力，呈收縮趨勢，存在一種張力。荷葉上的水滴、浮在水面上的硬幣就是表面張力的作用。,表面張

3、力,表面張力是出現(xiàn)在液體表面的張力，并不是作用在表面的張力。 其起因實際上是界面所造成的不對稱,液體表面所接觸的有固體和氣體,液體表面層分子比液體內(nèi)部分子的相互作用勢能大：,由勢能最小原則可知，在沒有外力影響下，液體應處于表面積最小的狀態(tài)。,從力的角度看，就是有表面張力存在。,所受合外力指向液體內(nèi)部，因此有向液體內(nèi)部運動的趨勢。,A,,,,,,fL,2、表面張力系數(shù)的基本性質,（1）不同液體的表面張力系數(shù)不同，密度小、容易蒸發(fā)的液體表面張力系數(shù)小。,（2）同一種液體的表面張力系數(shù)與溫度有關，溫度越高，表面張力系數(shù)越小。,（3）液體表面張力系數(shù)與相鄰物質的性質有關。,（4）表面張力系數(shù)與液體中的

4、雜質有關。,不沾濕,一、潤濕和不潤濕,附著層：,在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的液體層。,由附著層內(nèi)的分子力引起,潤濕,不潤濕,,內(nèi)聚力：,液體內(nèi)部分子對附著層內(nèi)液體分子的吸引力,附著力：,固體分子對附著層內(nèi)液體分子的吸引力,潤濕和不潤濕決定于液體和固體的性質。,內(nèi)聚力大于附著力,,,A,,不潤濕,內(nèi)聚力小于附著力,,,A,,潤濕,,,液體對固體的潤濕程度由接觸角來表示。,接觸角：,在液、固體接觸時，固體表面經(jīng)過液體內(nèi)部與液體表面所夾的角,，通常用q 來表示。,液體潤濕固體；,當 時，,當 時，,液體不潤濕固體；,當 時，,液體完全潤濕固體；,當 時，,液體完全

5、不潤濕固體；,,,,q,潤濕,,q,不潤濕,從能量角度解釋不潤濕,對于附著層內(nèi)任意一分子 A ，當內(nèi)聚力大于附著力時， A 分子受到的合力 f 垂直于附著層指向液體內(nèi)部。,液體分子從液體內(nèi)部運動到附著層內(nèi)分子間作用力做負功（即分子勢能增大），附著層內(nèi)分子勢能比液體內(nèi)部分子勢能大。,根據(jù)平衡態(tài)勢能最小的原則，附著層內(nèi)的分子要盡量擠入液體內(nèi)（即盡量處于低勢能態(tài)），結果附著層收縮，表現(xiàn)為液體不潤濕固體。,,當內(nèi)聚力小于附著力時，附著層內(nèi)的分子 A 受到的合力 f 垂直于附著層指向固體表面。,從能量角度解釋潤濕,液體分子從液體內(nèi)部運動到附著層內(nèi)分子間作用力做正功（即分子勢能減?。?，使得附著層內(nèi)分子勢能

6、比液體內(nèi)部分子勢能小。,液體內(nèi)部的分子要盡量擠入附著層，結果附著層擴展，表現(xiàn)為液體潤濕固體。,,固體分子對液體分子的引力大于液體分子之間的引力，則稱液體對固體是沾濕的，如水對玻璃，柴油對鐵皮；反之稱為不沾濕的，如水銀對玻璃，水對荷葉。,液體對固體的沾濕和不沾濕,柴油對鐵皮的沾濕： 危害與防治,二、毛細現(xiàn)象,將細的管插入液體中，如果液體潤濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內(nèi)升高；如果液體不潤濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內(nèi)下降。這種現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。,,,,能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的細管稱為毛細管。,,,1、毛細現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,毛細現(xiàn)象是由于潤濕或不潤濕現(xiàn)象和液體表面張力共同作用引起的。,如果液體對固體潤濕，則接觸角為銳角。,,,,h,如果液體對固體不潤濕，則接觸角為鈍角。,,,h,容器口徑非常小，附加壓強的存在將使管內(nèi)液面升高，產(chǎn)生毛細現(xiàn)象。,容器口徑很小，附加壓強的存在將使管內(nèi)液面降低，產(chǎn)生毛細現(xiàn)象。,土地的鹽堿化源于毛細現(xiàn)象抽吸地下水,灌溉以及水庫會引起地下水上升，如果達到土壤毛細作用范圍，蒸發(fā)就會使地下水持續(xù)上升，水被蒸發(fā)，留下礦物質，引起土地鹽堿化。 植樹、治沙與土地荒漠化,,,,土地的鹽堿化源于毛細現(xiàn)象抽吸地下水,,,