流体力学毛细现象课件.pptx

1、1二）、毛细现象二）、毛细现象2.2.管内液面上升（或下降）的高度管内液面上升（或下降）的高度 0002222cos,cos.ABACPPRPPghPghPPRhRrgRgr其中1.1.毛细现象毛细现象由润湿和不润湿现象引起的，润湿管壁的液体在细管里由润湿和不润湿现象引起的，润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象。升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象。( (1)1)液体润湿管壁液体润湿管壁C B A 毛细管刚插入水中时，管内液面为凹毛细管刚插入水中时，管内液面为凹液面，液面，PC = P0 ,PB P0 , B、C 为等高点，为等高点，但但PB PC ，所以液体不能

2、静止，管内液，所以液体不能静止，管内液面将上升，直至面将上升，直至PB =PC 为止，此时：为止，此时： hrR 细管称毛细管。细管称毛细管。222,0,cos.rRr hgRgr完全润湿(2(2) )液体不润湿管壁液体不润湿管壁 毛细管刚插入水银中时，管毛细管刚插入水银中时，管内液面为凸液面，内液面为凸液面，PC = P0 , PB P0 , B、C 为等高点，但为等高点，但PB PC ，所，所以液体不能静止，管内液面将下降，以液体不能静止，管内液面将下降，直至找到等压点为止，此时：直至找到等压点为止，此时：002222coscoscos()cosAACPPRPPghPRhgRgrRRRr

3、其中C B A A 22,.cosrRr hgRgr 完全不润湿 hrR 3例例5 5 在一根竖直插入水中的毛细管中，水上升的在一根竖直插入水中的毛细管中，水上升的高度为高度为5.85.81010-2-2m m（设水对玻璃完全润湿），（设水对玻璃完全润湿），若将此管插入水银中，水银对玻璃的接触角若将此管插入水银中，水银对玻璃的接触角138138度，（度，（水水=7.3=7.3* *1010-2-2N/m, N/m, 汞汞=7.3=7.3* *1010- -2 2N/mN/m），），求：管中水银下降高度。求：管中水银下降高度。 22,0,cos.rRr hgRgr完全润湿22 coshgRgr

4、4例例6 在内半径在内半径r=0.3mm的细管中注水，的细管中注水，水在管的下端形成一个水滴，其形水在管的下端形成一个水滴，其形状可以认为是半径状可以认为是半径R=3.0mm的球的的球的一部分。已知水的表面张力系数一部分。已知水的表面张力系数水水=7.3*10-2N/m,设管内弯曲液面的设管内弯曲液面的曲率半径与管内半径相同，曲率半径与管内半径相同，求求:管内水柱高度。管内水柱高度。003222115.5 10DCDCDCPPRPPrPPghPPhmggRr5五、悬着水和气体栓塞现象五、悬着水和气体栓塞现象 水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细管上升水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细

5、管上升水。土壤中的毛细管起着分配、保持土壤中的水分作用。水。土壤中的毛细管起着分配、保持土壤中的水分作用。土壤毛细管中存在的水叫土壤毛细管中存在的水叫悬着水悬着水，其在土壤毛细管中能保，其在土壤毛细管中能保持的原因是：持的原因是：ghPP,PP,PP,R2P,RR,ABABSASBSAB 所以所以由于由于如图如图一）、悬着水一）、悬着水当土壤温度变化时，悬着水两端当土壤温度变化时，悬着水两端温度不同，温度高的一端温度不同，温度高的一端值值减减小，导致该端小，导致该端Ps 减小，使减小，使悬着水悬着水向温度低处移动向温度低处移动。水分夜间向上移动水分夜间向上移动, , 中午由表层向底层移动中午由

6、表层向底层移动. .6( (重力水和吸附水重力水和吸附水 不易被吸收不易被吸收) )悬着水悬着水不会因重力而下落不会因重力而下落. .悬着水悬着水会因温度改变而发生移动会因温度改变而发生移动. .悬着水悬着水两端出现温度差时两端出现温度差时, , 温度温度升高的一端的表面张力系数将小升高的一端的表面张力系数将小于温度低的一端于温度低的一端, , 使液体向表面使液体向表面张力系数大的一端移动张力系数大的一端移动, , 即由高即由高温处向低温处移动温处向低温处移动. .水分夜间向上移动水分夜间向上移动, , 中午由表层向底层移动中午由表层向底层移动. .五、悬着水和气体栓塞现象五、悬着水和气体栓塞

7、现象一）、悬着水一）、悬着水-毛细水毛细水7举例举例: 病人输液；潜水员由深病人输液；潜水员由深水上浮；植物高温下枯萎。水上浮；植物高温下枯萎。二）、毛细管的气体栓塞现象二）、毛细管的气体栓塞现象 如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等,形成对称的弯液面，欲使液柱向右移动，形成对称的弯液面，欲使液柱向右移动， 则在左侧加一压则在左侧加一压强强P，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大 , 左左侧曲率半径减小，产生向左的附加压强侧曲率半径减小，产生向左的附加压强差差来抵抗来抵抗P ,当当P 达到一定程度

8、时，液柱才能移动。达到一定程度时，液柱才能移动。 当毛细管中有很多气泡，当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不能使则外加几个大气压都不能使液柱移动，形成栓塞液柱移动，形成栓塞, 称称气气体栓塞现象。体栓塞现象。PPPD D PP8第三节第三节 弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压一、蒸发和凝结一、蒸发和凝结 液体变成气体的过程称液体变成气体的过程称汽化过程汽化过程。常温下的汽化过程。常温下的汽化过程称称蒸发蒸发，其逆过程称，其逆过程称凝结，凝结，是气体的是气体的液化过程液化过程。从微观角度看，动能大的分子从液面逸出，设其分子数为从微观角度看，动能大的分子从液面逸出，设其分子数为n逸

9、逸 , 从外面返回的分子数设为从外面返回的分子数设为n回回。凝结；凝结；）（逸逸回回 nn1蒸发；蒸发；）（逸逸回回 nn2饱饱和和蒸蒸汽汽压压。饱饱和和蒸蒸汽汽饱饱和和（动动平平衡衡）在在密密闭闭容容器器中中，当当）（逸逸回回 nn3 9二、弯曲液面上的饱和蒸汽压二、弯曲液面上的饱和蒸汽压1. 定性分析定性分析(1) 微观分析微观分析 凹凹液面的分子逸出时所需做液面的分子逸出时所需做的功比平液面多，因为要克服斜的功比平液面多，因为要克服斜线部分液体分子的引力做功。单线部分液体分子的引力做功。单位时间内逸出凹液面的分子数小位时间内逸出凹液面的分子数小于单位时间内逸出平液面的分子于单位时间内逸出

10、平液面的分子数，所以凹液面上的饱和蒸汽压数，所以凹液面上的饱和蒸汽压小于小于平液面上的饱和蒸汽压。平液面上的饱和蒸汽压。 凸凸液面的分子逸出时所需做的功比平液面少，因为不需液面的分子逸出时所需做的功比平液面少，因为不需要克服斜线部分液体分子的引力做功。单位时间内逸出凸液要克服斜线部分液体分子的引力做功。单位时间内逸出凸液面的分子数大于单位时间内逸出平液面的分子数，所以凸液面的分子数大于单位时间内逸出平液面的分子数，所以凸液面上的饱和蒸汽压面上的饱和蒸汽压大于大于平液面上的饱和蒸汽压。平液面上的饱和蒸汽压。10(2) 宏观分析宏观分析压压小小。，阻阻止止蒸蒸发发，饱饱和和蒸蒸汽汽凹凹液液面面：外

11、外内内PP 压压大大。，促促进进蒸蒸发发，饱饱和和蒸蒸汽汽凸凸液液面面：外外内内PP 2. 定量分析定量分析设弯曲液面上的饱和蒸汽压为设弯曲液面上的饱和蒸汽压为:平液面上的饱和蒸汽压为平液面上的饱和蒸汽压为: CPCP(1) 凹液面凹液面A B D CP CPh 0 ghPPCC0 ghRPghPPPPCDABC 2gRh）（02 RPPCC 200 11(2) 凸液面凸液面ghPPCC0 ghRPghPghPPPCDABC 2gRh）（02 RPPCC 200 B D A 0 CPCPh弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压: 凹液面凹液面:RRPPCC 22000 凸液面凸液面:RR

12、PPCC 22000 12三、应用三、应用暖云暖云冷云冷云混合云混合云水蒸气水蒸气凝结凝结雨雨3.3.熏烟防霜冻熏烟防霜冻2. 云云1.1.人工降雨人工降雨水蒸气水蒸气凝华凝华雪雪13液体表面性质小结液体表面性质小结一、表面张力一、表面张力1. 表面张力表面张力: f =l 2. 表面能表面能: SED D D D 二、弯曲液面的附加压强二、弯曲液面的附加压强1. 平液面平液面: 0PP 2.2.凸液面凸液面: :sPPP 03.3.凹液面凹液面: :sPPP 04.4.单球形液面单球形液面: :RPP)()(RPP)()( 222100 ：如液中气泡如液中气泡凹液面凹液面：如气中液滴如气中液

13、滴凸液面凸液面5.5.球形液膜球形液膜: :RPP 4 外外内内14三、润湿与不润湿三、润湿与不润湿液液体体润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全润润湿湿固固体体，0 液液体体不不润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全不不润润湿湿固固体体， 四、毛细现象四、毛细现象( (1)1)液体润湿管壁液体润湿管壁: :grcosgRh 22 220,.Rr hgRgr完全润湿：(2(2) )液体不润湿管壁液体不润湿管壁: :grcosgRh 22 22,.Rr hgRgr完全不润湿：15五、弯曲液面上的饱和蒸汽压五、弯曲液面上的饱和蒸汽压 (1) 凹液面凹液面:RRPPCC 22000 (2) 凸液面凸液面:RRPPCC 22000