1、数理教研室数理教研室植物花瓣和叶面上的露珠植物花瓣和叶面上的露珠 液体除了具有流体的一般特性外，它还有液体除了具有流体的一般特性外，它还有一个特殊的重要性质，即一个特殊的重要性质，即表面特性表面特性(surface characterization )。 液体与气体和固体相接触时都有一界面，液体与气体和固体相接触时都有一界面，处于界面的分子同时受到同种分子以及气处于界面的分子同时受到同种分子以及气体或固体分子的作用力，因而产生一系列体或固体分子的作用力，因而产生一系列的特殊现象，称之为的特殊现象，称之为液体的液体的表面现象表面现象()。本次课内容本次课内容一、一、 液体的表面张力液体的表面张力
2、 surface tension二、二、 附加压强附加压强 additional pressure 三、三、 毛细现象与气体栓塞毛细现象与气体栓塞 capillarity & air embolism 四、四、 表面活性物质表面活性物质 surfactant 五、五、 小结小结 summary表面层表面层B分子分子受力为受力为0分子作分子作用球用球10-9mB 1、表面层、表面层-液表下厚度等于分子作用半径的一液表下厚度等于分子作用半径的一层液体称为表面层层液体称为表面层surface layer . .表面层内的分子都有往液体内部迁移的趋势表面层内的分子都有往液体内部迁移的趋势,从而从而使液
3、体表面面积趋于缩小使液体表面面积趋于缩小.A A处分子受处分子受力力A 一、液体的表面张力一、液体的表面张力它们为什么可以它们为什么可以漂在水面上漂在水面上FFL2 2、表面张力：、表面张力：液体表面内存在的使其表面积液体表面内存在的使其表面积有收缩成最小的趋势的张力。有收缩成最小的趋势的张力。LF表面张力系数表面张力系数、方向：、方向：与表面相切，与面内分界线垂直。与表面相切，与面内分界线垂直。、大小：、大小：3 3、液体的表面能、液体的表面能 surface energysurface energy 表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能
4、。表面积越大，势能越大。表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的系统的能量有减小到最小的趋势趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。，所以只要有可能，表面积将减到最小。 如果要增加液体的表面积，就得作功把如果要增加液体的表面积，就得作功把液体内部分子移到表面层，从而增加了液体内部分子移到表面层，从而增加了液面的势能。液面的势能。 表面能表面能surface energysurface energy ：液体表面的势能：液体表面的势能二、曲面下的附加压强二、曲面下的附加压强1 1、定义：、定义： 液体表面为曲面时，表面张力有拉平液面的液体表面为曲面时，表面张力有拉平液面的 趋势，致使液面内的
5、压强与液面外的压强不同而趋势，致使液面内的压强与液面外的压强不同而 产生的压强差。产生的压强差。外P外PTTrRP外P内2sin2sin2sinsin22sinsinsinRRLTTRrLRrTT2 2、拉普拉斯公式（球形液面下的附加压强）、拉普拉斯公式（球形液面下的附加压强）T单位长度的表面张力：单位长度的表面张力： TTrRP外P内222sinRPrPSPF外外外外222sinRPrPSPF内内内内稳定时（平衡）：稳定时（平衡）：22222sinsin2sinRPRRPFTF内外内外RPP)(2外内RPRPP22外内拉普拉斯公式拉普拉斯公式F内P外P内F外T液体内、外附加压强凹液面：凹液面
6、： P内内P外外 ，P PP外外，P 0P 0RPRPP22外内RPP2内外P外P内PP外P内PRR2R1CAB22RPPAB解：解：小小内大大内RPPRPP44004 4、球形气泡（肥皂泡）、球形气泡（肥皂泡）2122RRPPAC12RPPBCRPPRRRAC421 900 不润湿三、毛细现象和气体栓塞三、毛细现象和气体栓塞 1、毛细现象、毛细现象 内聚力：内聚力：液体分子之间的吸引力。液体分子之间的吸引力。 附着力：附着力：液体分子与固体分子之间的吸引力。液体分子与固体分子之间的吸引力。润润 湿：湿：附着力大于内聚力，液体与固体的界面有附着力大于内聚力，液体与固体的界面有 扩大的趋势，固体
7、被润湿。扩大的趋势，固体被润湿。 毛毛 细细 管：管：内经很小的细管。内经很小的细管。 毛细现象：毛细现象：将毛细管的一端插入液体中，管内的液面将毛细管的一端插入液体中，管内的液面 会出现上升或下降，这种现象称为毛细现象。会出现上升或下降，这种现象称为毛细现象。润湿不润湿对于润湿管壁的液体对于润湿管壁的液体RPP2内外凹液面cos0rRPPPPA内外rPPAcos2000cos2PrPPAcos2grh (植物水分的输送、动物毛细血管植物水分的输送、动物毛细血管)00)cos2(PghrPghrPghPPAB)cos2(00PPPCBCBAP0P0RrP0TAh2 2、气体的栓塞、气体的栓塞P
8、左左P左左P右右P右右P左左P左左P右右P右右P左左 = P右右P左左 P右右PnP PPPPPPPP 液体在细管中流动时，如果液体中有较多气泡，液液体在细管中流动时，如果液体中有较多气泡，液体的流动则可能发生阻塞，这种现象称为体的流动则可能发生阻塞，这种现象称为气体的栓塞气体的栓塞 。 四、表面活性物质四、表面活性物质surfactant 溶液的表面张力系数是由溶液本身的性质决定的。溶液的表面张力系数是由溶液本身的性质决定的。当在一种溶液中加入另一种物质时，溶液的表面当在一种溶液中加入另一种物质时，溶液的表面张力系数将可能改变。张力系数将可能改变。 水的表面活性物质有：胆盐、肥皂、蛋黄素等。
9、水的表面活性物质有：胆盐、肥皂、蛋黄素等。 能够减小溶液表面张力系数的物质，称为能够减小溶液表面张力系数的物质，称为表面活表面活 性物质性物质。肺泡的物理现象肺泡的物理现象 肺泡内壁附着有一层特殊的肺液，类似于肺泡内壁附着有一层特殊的肺液，类似于一个个相互连通的微液泡。一个个相互连通的微液泡。 肺泡的物理现象肺泡的物理现象 大肺泡的表面活性物质的浓度小于小肺泡的大肺泡的表面活性物质的浓度小于小肺泡的 表面活性物质的浓度，所以大泡的表面张力表面活性物质的浓度，所以大泡的表面张力 系数大于小泡的表面张力系数。这样，大肺系数大于小泡的表面张力系数。这样，大肺 泡不会越来越大，小肺泡也不会越来越小。泡
10、不会越来越大，小肺泡也不会越来越小。正常呼气后，肺泡通常稳定在它最大尺寸的四分之一，正常呼气后，肺泡通常稳定在它最大尺寸的四分之一，即肺内还有余气，这使接下来的吸气变得容易一些。即肺内还有余气，这使接下来的吸气变得容易一些。新生儿的肺泡因受附加压强而完全闭合，所以要靠大新生儿的肺泡因受附加压强而完全闭合，所以要靠大声啼哭的强烈动作进行第一次呼吸以克服肺泡的表面声啼哭的强烈动作进行第一次呼吸以克服肺泡的表面张力而获得新生。张力而获得新生。液体表面层液体表面层表面张力表面张力表面能表面能附加压强附加压强应用应用接触角接触角毛细现象毛细现象气体栓塞气体栓塞表面活性物质表面活性物质表面张力系数表面张力系数五、小结五、小结summary
