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1、,第六章第五节,液体的表面现象,液体的表面现象（,Liquid surface phenomenon,）,1,、掌握液体表面张力的概念,2,、掌握附加压强及毛细现象的规律。,3,、熟悉气体栓塞现象、表面活性物质和表面吸附的物理原理,学习要求,表面张力和表面能,一、表面张力和表面能,自然界很多现象说明：液面表面具有收缩的趋势。,液面宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。,液体的表面张力及表面能,液体表面层内具有一种收缩的力，我们把这种促使液体表面收缩的力，称为,表面张力（,surface tension,）,实验表明,:,表面张力的大小正比于线段,MN,的长度。,表面张力系数：,F,F,M
2、,N,取液面分界面,MN,，表面张力,F,的方向与分界线垂直，与液体表面相切。,单位：,表面张力系数表：,影响表面张力系数的因素,与液体的性质有关：不同液体，值不同；密度小、易挥发的液体,值较小。如,:,酒精、乙醚的,值很小，金属熔化后的 值很大。,与相邻物质化学性质有关：同一液体与不同物质交界，值不同。,与温度有关：温度升高，值减小。某些液体沸腾时表面张力系数为零。,与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其,值增加；有的使其 值减小。使,值减小的物质称为表面活性物质。,斥力,引力,斥力,引力,斥力,=,引力,r r,0,无分子力,(,分子间平衡距离,:,
3、r,0,=10,-10,m),分子作用球半径,r,=10,-9,m,。,r,表面张力产生的原因，可用分子力加以解释。,空气,液体,m,m,m,表面层,m,是液内分子；,m,是液体表面层分子。,液体内分子,m,的受力分析：,受到的分子作用力的合力为零：,f,i,=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。,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。,从表面能角度解释液体表面张力：,表面层中每一个分子，比液体内部分子具有更多势能。由于系统的势能有减小到最小的趋势，因此只要有可能，表面层的
4、分子就有可能向液体内部移动，使表面积收缩到最小。,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,l,液体薄膜,d,c,b,a,f,F=2,l,f,x,S,表面张力系数的第2定义：,a,b,表面张力系数与表面能：,液体的表面张力及表面能,做功,增加的面积,讨论：比表面能的含义,平面液面：,空气,水,P,0,P,液内,P,液内,=,P,0,弯曲球面液面：,P,0,P,液内,水,由于表面张力,f,产生附加的压强
5、,P,附,所以,P,液内,P,0,P,附,f,f,P,0,P,液内,水,P,附,f,f,凹面,凸面,弯曲液面的附加压强,二、弯曲液面的附加压强,表面张力的垂直分量,:,R,T,r=,R,sin,O,表面张力产生的附加压强,:,在弯曲液面上取如图所示液块,T,为单位长度液体表面的张力，即,表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：,小液块受力平衡：,凹侧,凸侧,弯曲液面的附加压强,凸侧,凹侧,对外表面：,R,1,R,2,(,R,1,=R,2,=R,),对内表面：,肥皂泡,2.,球形液膜的附加压强：,弯曲液面的附加压强,补充：,向带有活塞的三通玻璃管吹气使两端分别挂上大小不一的肥皂泡，旋转活塞使
6、两气泡连通，观察气泡的变化,?,发现小泡将越来越小，大泡越胀越大。这就是小泡的附加压强大于大泡的附加压强的缘故。,对大泡：,对小泡：,因为,R,1,R,2,，,所以,P,1,f,内,时，,附着层扩展，,液体润湿固体；,例：水润湿玻璃,f,附,当,f,附,90,0,90,0,水,玻璃,玻璃,水银,水银,水,液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升,A,B,h,平衡时，,P,A,=,P,B,R,r,(,当,=,0,0,时,为完全浸湿。,),(,对于下降同样适用,),毛细现象的应用：,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
7、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。,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。,*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体栓塞。,2,、气体栓塞,(gas embolism),静止液体,静止液体,气泡,P,附左,P,附右,=,液体,气泡,*气泡产生阻力：,P,P,阻力压强,=,P,附右,-,P,附左,*当,P,时，液体无法流动；,*当,P,时，液体才可流动；,*细管中若有,n,个气泡，则要求外加压强差,P,n,，液体才能流
8、动。,（,P:,外加压强差）,+,P,气体栓塞在医学中的应用：,*注射前，要排尽针筒中气体；,*预防潜水病；,潜水病,:,潜水者在海中深达,10,米时，总共受到,2,个绝对大气压，,深度每增加,10,米，就增加一个大气压。,表面活性物质与表面吸附,表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的某种溶质，使液体表面张力系数减小，这种溶质称为表面活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）,原因：表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄膜）。,表面层,肥皂分子,水分子,f,1,f,2,f,1,f,2,，使液体表面层分子势能减少，因而表面张力系数减小。,四、表面活性物质与表面吸附,肺组织
9、中的表面活性物质：,*肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质；改变粘液的,，从而维持正常呼吸。,*肺组织结构,R,活性物质密度,粘液的,大肺泡：,R,活性物质密度,粘液的,小肺泡：,表面活性物质与表面吸附,小肺泡萎缩？,大肺泡膨胀？,基本保持不变,所以,毛细现象的应用,肥皂就是最常见的表面活性物质,。肥皂水的表面张力系数约为,40,10,-3,N/m,，是纯水的一半。一般说来，醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质。,表面活性物质在水溶液中，能使不溶或微溶于水的有机物质的溶解度显著增加，这种现象称为,增溶作用,(,或加溶作用,),。,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,5、表面活性物质及大小肺泡内压强问题,2,、弯曲液面下的附加压强,4、气体栓塞及医学预防,提示：及时完成同步练习题,3、毛细现象,
