第4讲分子动理论液体表面现象

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1、4.1 分子动理论的基本概念 4.2 理想气体的微观解释4.4 输运过程 4.5 液体的表面现象第4章 分子动理论 液体的表面现象4.1 4.1 分子动理论的基本概念分子动理论的基本概念 4.1.1 4.1.1 物质的微观模型物质的微观模型链接链接布朗运动布朗运动链接链接分子之间相互作用力分子之间相互作用力1 14.1.2 4.1.2 宏观描述和微观描述宏观描述和微观描述宏观量宏观量 : : 体积、压强和温度等体积、压强和温度等. .宏观量可以直接用仪器测得，而且可以被人的宏观量可以直接用仪器测得，而且可以被人的 感官所感知感官所感知. . 微观量微观量: : 如分子的质量、速度、动量、动能等

2、如分子的质量、速度、动量、动能等. . 微观量不能被人的感官直接感知，一般也不能微观量不能被人的感官直接感知，一般也不能 直接测量直接测量. .宏观量宏观量 = = 微观量的统计平均微观量的统计平均4.1.3 4.1.3 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态热力学研究的客体是由大量分子或原子组成的热力学研究的客体是由大量分子或原子组成的 宏观物体系统，称为宏观物体系统，称为热力学系统热力学系统平衡态是指在不受外界影响平衡态是指在不受外界影响 的条件下，系统的所有可观测的的条件下，系统的所有可观测的 宏观性质都不随时间变化的状态宏观性质都不随时间变化的状态 。从微观角度来看，处于平衡态。从微观角度

3、来看，处于平衡态 的热力学系统，其组成系统的分的热力学系统，其组成系统的分 子仍在不停地、无规则地运动着子仍在不停地、无规则地运动着 ，但大量分子运动的平均效果不，但大量分子运动的平均效果不 随时间变化，所以通常又把这种随时间变化，所以通常又把这种 平衡叫做平衡叫做热动平衡热动平衡。( P ,V ,T )PVO4.1.4 4.1.4 理想气体的微观模型理想气体的微观模型自由地、无规则运动的弹性质点的集合自由地、无规则运动的弹性质点的集合. . 4.1.5 4.1.5 理想气体状态方程理想气体状态方程摩尔气体常量: :气体质量气体质量气体摩尔质量气体摩尔质量例题例题4-1 4-1 容器内装有氧气

4、容器内装有氧气0.10kg0.10kg，压强为，压强为10atm10atm，温度，温度 为为4747. .因为容器漏气，经过若干时间后，压强降到原因为容器漏气，经过若干时间后，压强降到原 来的来的5/85/8，温度降到，温度降到2727. .问：问： （1 1）容器的体积有多大？）容器的体积有多大？（2 2）这个过程中漏去了多少氧气？（假设氧气可以）这个过程中漏去了多少氧气？（假设氧气可以 看作理想气体）看作理想气体）思考题思考题4-1 4-1 试解释物质为什么能被压缩，但又不能试解释物质为什么能被压缩，但又不能 无限压缩无限压缩. .4.2 4.2 理想气体的微观解释理想气体的微观解释 4.

5、2.1 4.2.1 理想气体压强的统计意义理想气体压强的统计意义自由地、无规则运动的弹性质点的集合自由地、无规则运动的弹性质点的集合. . 分子平均平动动能宏观量微观量理想气体压强公式：单位体积内单位体积内 的气体分子的气体分子 数，称为分数，称为分 子数密度子数密度4.2.2 4.2.2 温度的微观解释温度的微观解释由理想气体状态方程和压强公式说明: 1. 温度是分子平均平动动能的量度, 是分子热运动剧烈程度 的标志.2. 温度是大量分子热运动的总体表现, 是统计性概念, 对个 别分子无温度可言. 能量公式意味着热运动停止.绝对零度只能逼近, 不能达到. 热力学第三定律玻耳兹曼常数方均根速率

6、：例题例题4-2 4-2 一容器内盛有氧气，在标准状态一容器内盛有氧气，在标准状态 ( (p p=1.013=1.013*10*105 5 Pa, T=273.15KPa, T=273.15K) )下，试求：下，试求：（1 1）内的分子数）内的分子数. . （2 2）氧气分子的平均平动动能）氧气分子的平均平动动能. . （3 3）氧气分子的方均根速率）氧气分子的方均根速率. .4.4 4.4 输运过程输运过程 前面讨论的都是处于平衡态下的气体前面讨论的都是处于平衡态下的气体. .但实际气体往但实际气体往 往处于某种非平衡态的情况，如温度不均匀时发生的往处于某种非平衡态的情况，如温度不均匀时发生

7、的 热传导现象、气体密度不均匀时发生的扩散现象等热传导现象、气体密度不均匀时发生的扩散现象等. . 4.4.1 4.4.1 热传导过程热传导过程4.4.2 4.4.2 扩散现象扩散现象4.4.3 4.4.3 透膜输运透膜输运在生物体内, 分子和离子的输运过程更多的是通过生物薄 膜进行的. 这种分子或离子透过生物膜的输运, 称渗透或透 膜输运 透膜输运是生物体最基本的生理过程. 是维持正常生命活 动的最基本的一种功能. 如果细胞膜丧失了这种功能, 细胞 就会死亡. 细胞膜除了通过选择性渗 透来调节和控制细胞内外的 物质交换外, 还能接收外界 信号的刺激使细胞做出反应 , 从而调节细胞的生命活动.

8、 4.5 4.5 液体的表面现象液体的表面现象 液体表面张力4.5.1 4.5.1 液体的表面张力和表面能液体的表面张力和表面能枝叶上的小水珠、输液管中的液滴和肥皂泡等具枝叶上的小水珠、输液管中的液滴和肥皂泡等具 有自动收缩的倾向，说明在液体和大气交界的液体表有自动收缩的倾向，说明在液体和大气交界的液体表 面上存在着一种收缩力面上存在着一种收缩力. . 这种平行于液体表面使表面这种平行于液体表面使表面 收缩的力称为收缩的力称为表面张力。表面张力。设想在液体表面有一条线段设想在液体表面有一条线段. .该线段将液体表面该线段将液体表面 分成两个部分分成两个部分. .由于界线由于界线两侧都能使表面收

9、缩，它们两侧都能使表面收缩，它们 各以大小相等、方向相反的力作用于对方，这种拉力各以大小相等、方向相反的力作用于对方，这种拉力 就是表面张力就是表面张力. . 表面张力的方向与液面相切，垂直于界表面张力的方向与液面相切，垂直于界 线线并指向施力的液面一侧并指向施力的液面一侧. .实验证明：实验证明：表面张力系数表面张力系数 单位：N/m影响表面张力系数 的因素: 液体性质、温度、相邻物质 的性质及液体内杂 质.不同液体与空气接触时的表面张力系数 液体的表面能液体的表面能: 增加单位液体表面积所作的功. 又称表面 自由能, 是在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分, 这种势能是和液面的面积成正

10、比.外力做功:外力做功等于系统势能的增 加, 即液体的表面能.表面张力系数的单位又表示为: Jm-2例题 如图所示. 用金属框测定肥皂液的表面张力系数, 测得 重物W和滑动横杆的重量共0.64g, 横杆长8cm, 试计算肥皂 液的表面张力系数.解: 影响表面张力系数的因素1、液体的成份与性质 2、温度 3、界面物质 4、杂质：掺入表面活性物质例题 吹成一个直径为10cm的肥皂泡,需要作多少功? (设皂液的表面张力系数为 4010-3Jm-2. 解: 外力做功全部转化为肥皂泡的表面势能, 即直径为10cm的肥皂泡的表面能为例 把一个半径为5cm的金属细圆环从液体中拉出， 圆环所在平面与液体表面平

11、行。已知，刚拉出圆环 时需用力28.310-3N。若忽略圆环的重力，该液体的 表面张力系数为多少?解：作用在圆环上的液体表面张力为4.5.2 4.5.2 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强液面如是凹面, 表面张力的合力将指向 液体外部, 对液面下的液体则产生一个负 压力.液面如是凸面, 因表面张力沿周界与液 面相切, 则沿周界各个方向的表面张力将 产生一个指向液体内部的合力(正压力).液面如是水平, 则表面张力也是水平的, 因此作用在AB周界上的表面张力相互平 衡。p0与p产生的压力也是相互平衡的. 附加压强附加压强附加压强:- 液面为凸面时取正, 为凹面时取负. - 附加压强与半径成反比.

12、例题 已知液体的表面张力系数为 , 用此液体吹成半径为 R 的液泡, 求液泡内压强. (大气压为p0)解: 注意液面数. 如空气中的水滴、水中气泡为1个液面; 肥皂 泡、空气中的液膜等为2个液面. 球形液膜内外的附加压强及实验球形液膜内外的附加压强及实验由于液膜具有内外两个表面, 所以球形液膜内外的压强差 球膜的附加压强:如果将空气中的两个肥如果将空气中的两个肥 皂泡用连通器相连，由于附皂泡用连通器相连，由于附 加压强的大小和半径成反比加压强的大小和半径成反比 ，所以小泡内压强比大泡内，所以小泡内压强比大泡内 压强大压强大. .实验中可观察到，实验中可观察到， 大泡越来越大，小泡越来越大泡越来

13、越大，小泡越来越 小直至最后破灭小直至最后破灭4.5.5 4.5.5 气体栓塞气体栓塞气体栓塞: 液体在细管中流动时, 如果管中有气泡, 液体的 液动就将受到阻碍, 气泡多时就可发生阻塞的现象.流动分析- 肌注、输液、输血时要防止气泡进入. 临床上要注意避免气体栓塞临床上要注意避免气体栓塞- 人员从高压环境中脱离时应用缓冲时间, 避免血管中气泡 形成.表面活性物质: 能够降低溶液表面张力的物质. 如肥皂、胆 盐、磷脂等.特点: 较小, 单位面积上的表面能较纯溶剂的表面能小.4.5.6 4.5.6 表面活性物质与表面吸附现象表面活性物质与表面吸附现象从分子间的相互作用来看, 溶质分子(表面活性物质)与溶 剂分子间的吸引力小于溶剂分子间的吸引力.表面吸附: 表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄膜的现象 .表面非活性物质: 能够增大溶液 表面张力的物质. 如食盐、淀粉、 糖类等. 表面活性物质对附加压强的调节 作用是肺泡正常行使功能的保证. 表面活性物质在呼吸过程中起着重要的作用表面活性物质在呼吸过程中起着重要的作用作用: 1. 稳定肺泡.2. 减少呼吸功.肺泡的表面液层中分布着有一定量的、由饱和卵磷脂和脂蛋白组成 的表面活性物质, 起降低表面张力 系数的作用.