1、7-5 液体的表面现象液体的表面现象医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象实验表明实验表明LfAB(2)f(1)f 1.表面张力表面张力AB(1)(2)ff 称为表面张力系数。称为表面张力系数。2.液体液体表面张力的微观本质表面张力的微观本质表面张力的微观本质表面张力的微观本质是表面层分子之间相互作用力的不是表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。对称性引起的。AfL当液体内部分子移动到表面层中时，就要克服当液体内部分子移动到表面层中时，就要克服上述指向液体内部的分子引力作功，这部分功将转上述指向液体内部的分子引
2、力作功，这部分功将转变为分子相互作用的势能。变为分子相互作用的势能。医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象3.液体液体的表面能的表面能F 做功为：做功为：xFWxL 2SS 指的是这一过程中液体表面积的增量，指的是这一过程中液体表面积的增量，所以：所以：SW 表示表示增加单位表面积时，外力所需做的功增加单位表面积时，外力所需做的功LF2从做功的角度定义从做功的角度定义从表面能的角度定义从表面能的角度定义由能量守恒定律，外力由能量守恒定律，外力 F 所做的功完全用于克服表面张力，从所做的功完全用于克服表面张力，从而转
3、变为而转变为液膜的表面能液膜的表面能 E（表面层中所有分子）（表面层中所有分子）储存起来，即：储存起来，即：SWE医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象则大水滴的面积为则大水滴的面积为 nrS2424 RS 例例解解设小水滴数目为设小水滴数目为 n，n 个小水滴的总面积为个小水滴的总面积为在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则333434Rnr33rRn 表面张力系数表面张力系数 SE求求所释放出的能量所释放出的能量溶合过程中释放的能量溶合过程中释放的能
4、量SE2)1(4RrR)44(22Rnr半径为半径为r=210-3mm的许多小水滴融合成一半径为的许多小水滴融合成一半径为R=2mm的大水滴时。的大水滴时。(假设水滴呈球状，水的表面张力系数假设水滴呈球状，水的表面张力系数 =73=731010-3-3N Nm m-1-1在此过程中保持不变在此过程中保持不变)医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象例例吹一个半径为吹一个半径为8cm的肥皂泡，的肥皂泡，(肥皂液的表面张力系数为肥皂液的表面张力系数为410-2 N.m-1,设过程是等温的设过程是等温的)需做功为需做功为A
5、.104J B.2104J C.1.02103J D.2.05103J医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论二、弯曲液面的附加压强二、弯曲液面的附加压强 对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近对于弯曲液面来说，由于液体表面张力的存在，在靠近液面的两侧就形成一压强差，称为附加压强。液面的两侧就形成一压强差，称为附加压强。ffP0P1=P0s 水平液面水平液面7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象100PPPPP外内其中：其中：P内内为液面内侧的压强，为液面内侧的压强，P外外为液面外侧的压强。为液面外侧的压强。PPP外内10PP医学物理学医学物理
6、学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象SfPP合合02合合ffsP0PP2 凹形液面凹形液面PP303PSfP合合 凸形液面凸形液面f合合fffP0s=P0+P=P0-P200PPP300PPP医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象 球形液面的附加压强球形液面的附加压强（附加压强与表面张力的定量关系）（附加压强与表面张力的定量关系）如果是凸形液面，则有如果是凸形液面，则有 =2/R如果是凹形液面，则有如果是凹形液面，则有 =-2/RPPP外内PPP外内医
7、学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象已知液体的表面张力系数为已知液体的表面张力系数为，用此液体吹成半径为，用此液体吹成半径为R的液泡，求液泡内压强。（大气压为的液泡，求液泡内压强。（大气压为P PO O）POP1P2P1=PO+PP2=P1 P=POP1=P2 PP2=P1+P=PO+2P =PO+4/R医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象 润湿和不润湿润湿和不润湿是由附着层分子力引起的是由附着层分子力引起的润湿润湿不润湿不润湿内聚力
8、：内聚力：液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力附着力：附着力：固体分子对附着层内液体分子的吸引力固体分子对附着层内液体分子的吸引力润湿和不润湿决定于润湿和不润湿决定于液体和固体的性质液体和固体的性质。三、毛细现象三、毛细现象医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象接触角：接触角：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与液体表在液、固体接触时，固体表面经过液体内部与液体表面所夹的角，面所夹的角，通常用通常用q q 来表示。来表示。液体液体润湿润湿固体；固体；当当 时，时，2q当当
9、 时，时，2q液体液体不润湿不润湿固体；固体；当当 时，时，0q液体液体完全润湿完全润湿固体；固体；当当 时，时，q液体液体完全不润湿完全不润湿固体；固体；q q润湿润湿q q不润湿不润湿医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象 将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹液面，液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成液面，液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成凸液面，液体将在管内下降。这种现象称为凸液面，液体将在管内下降。这种现象称为毛细现象毛细现象。hh能
10、够产生毛细现象的细管称为能够产生毛细现象的细管称为毛细管毛细管。毛细现象毛细现象医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象grhqcos2得：得：润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的表面润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的表面张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。若液体不润湿管壁，则若液体不润湿管壁，则q2grhqcos2可得：可得：管内液面管内液面下降下降。在完全润湿或完全不润湿的情况下，在完全润湿或完全不润湿的情况下，q q =0=0 或或q q =，则：，
11、则：grh2医学物理学医学物理学（第七版）（第七版）第七章第七章 分子动理论分子动理论7-5 7-5 液体的表面现液体的表面现象象例例某液体在一毛细管中上升的高度为某液体在一毛细管中上升的高度为2.26cm,其直径为其直径为1.010-3m,如果接触角为零如果接触角为零,液体的密度为液体的密度为1.05*103 kg.m-3,则其表面张力系则其表面张力系数为数为:A5.8*10-2N.m-1 B.6.8*10-3N.m-1 C.8.6*10-3N.m-1 D.9.7*10-2N.m-1将半径分别为将半径分别为2r和和3r的同种玻璃毛细管，插入水中，在两管中的同种玻璃毛细管，插入水中，在两管中水上升的高度是水上升的高度是A、细管的是粗管的、细管的是粗管的3倍倍 B、粗管的是细管的、粗管的是细管的3倍倍C、细管的是粗管的、细管的是粗管的1.5倍倍 D、粗管的是细管的、粗管的是细管的1.5倍倍
