ch3液体的表面现象ppt课件

1、也许你曾经留意也许你曾有所思为什么毛笔出水自聚合植物叶面水成滴蚊子站立水面上钢针水上不沉落气球越吹越省力肥皂溶水起泡膜秋冬多有雾弥漫清晨常见地潮湿上述现象皆有因本章内容道根底毛细管中水升位纸张见水便润湿 与固体接触的液体表面存在润湿和不润湿现象；与固体接触的液体表面存在润湿和不润湿现象；上述两种现象使得细管即毛细管中的液体有毛细现象。上述两种现象使得细管即毛细管中的液体有毛细现象。 与气体接触的液体表面存在表面张力现象，从而使弯曲液与气体接触的液体表面存在表面张力现象，从而使弯曲液面内外有附加压强差；面内外有附加压强差；液体的表面液体的表面表面层表面层液体与气体的分界面液体与气体的分界面液体与

2、另一种液体的分界面液体与另一种液体的分界面附着层附着层液体与固体的分界面液体与固体的分界面3.1 液体的表面张力液体的表面张力3.2 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强3.3 毛细现象毛细现象3.4 蒸发与凝结蒸发与凝结 本章内容：本章内容：3.1 液体的表面张力液体的表面张力一、液体的微观结构一、液体的微观结构 液体分子间作用力显著。宏观上表现为不易压缩性。宏观上表现为不易压缩性。液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动。液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动。 液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。分子的定居时间：分子的定居时间：不同液体，随着

3、温度、压强的不同，定居时间不同。不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同。 在液体与气体的分界面处厚度等于分子有效作用半径的那在液体与气体的分界面处厚度等于分子有效作用半径的那层液体称为液体的表面层。层液体称为液体的表面层。 当外力作用时间当外力作用时间 定居时间定居时间表现为液体的流动性表现为液体的流动性 当外力作用时间当外力作用时间 0 还是还是 Ps 03PP - - 0 BAPP 由于 所以所以那么形成那么形成 B B 的肥皂薄膜最后会不会流经连通管，完全到达的肥皂薄膜最后会不会流经连通管，完全到达 A A?已知直径已知直径d = 0.01 mm 的空气泡在水下的深度的空气泡在水下

4、的深度 h = 20 cm 处，处，设水面压强为大气压设水面压强为大气压 P0 = 1.013105 Pa ，已知水的密度，已知水的密度 r = 103 kgm-3 ，水的表面张力系数，水的表面张力系数 a = 7210-3 Nm-1 。解解h气气水水ghPP 0气泡外气泡外由题意得：由题意得：RPP 2- - - -气泡内气泡内气泡外气泡外而而所以所以dghPP 40 气气泡泡内内33351001. 0107242 . 08 . 91010013. 1- - - Pa 1032. 15 例例求求气泡内空气的压强。气泡内空气的压强。3.3 毛细现象毛细现象一、润湿和不润湿一、润湿和不润湿附着层

5、：附着层：在液体与固体接触面上厚度为液体分子有效作用半径的在液体与固体接触面上厚度为液体分子有效作用半径的液体层。液体层。取决液体和固体的性质取决液体和固体的性质润湿润湿不润湿不润湿内聚力：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 润湿和不润湿是由附着层分子力引起的。润湿和不润湿是由附着层分子力引起的。内聚力大于附着力内聚力大于附着力A不润湿不润湿内聚力小于附着力内聚力小于附着力A润湿润湿f f 液体对固体的润湿程度由接触角来表示。液体对固体的润湿程度由接触角来表示。

6、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。液体润湿固体；液体润湿固体；当当 时，时，2 q q 液体不润湿固体；液体不润湿固体；当当 时，时，0 q q液体完全润湿固体；液体完全润湿固体；当当 时，时， q q 液体完全不润湿固体；液体完全不润湿固体；q q润湿润湿q q不润湿不润湿附着层附着层附着层附着层二、毛细现象二、毛细现象 将细的管插入液体中，如果液体润湿管壁，液面成凹液面，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

7、壁，液面成凸液面，液体液体将在管内升高；如果液体不润湿管壁，液面成凸液面，液体将在管内下降。这种现象称为毛细现象。将在管内下降。这种现象称为毛细现象。hh能够产生毛细现象的细管称为毛细管。能够产生毛细现象的细管称为毛细管。1、毛细现象产生的原因、毛细现象产生的原因固固体体液体液体如果液体对固体润湿，如果液体对固体润湿，则接触角为锐角。则接触角为锐角。 固固体体液体液体h如果液体对固体不润湿，如果液体对固体不润湿，则接触角为钝角。则接触角为钝角。 h 容器口径很小，附加压强的存在将容器口径很小，附加压强的存在将使管内液面升高，产生毛细现象。使管内液面升高，产生毛细现象。 容器口径很小，附加压强的

8、存在容器口径很小，附加压强的存在将使管内液面降低，产生毛细现象。将使管内液面降低，产生毛细现象。设管内液面为一半径为设管内液面为一半径为 R 的凹球面的凹球面q qcosRr 附加压强为：附加压强为：0PPPAs- - rPPAq q cos20- - 即即2、毛细管中液面上升或下降的高度、毛细管中液面上升或下降的高度由几何关系可知：由几何关系可知：RR 2- - rq q cos2- - CBAr0P又又ghPPAB - -且且0PPPCB grh q q cos2 得：得：h 润湿管壁的液体在毛细管中上升的高度与液体的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

9、截面半径成反比。表面张力系数成正比，与毛细管的截面半径成反比。讨论讨论grh q q cos2 (1) 若液体不润湿管壁，那么若液体不润湿管壁，那么grh q q cos2 可得：可得： q q 2管内液面下降。管内液面下降。0 中午中午AA减小，毛细水下降。减小，毛细水下降。清晨清晨A增加，毛细水上升。增加，毛细水上升。 夜间土壤表层温度低，水的表面张力系数较大；夜间土壤表层温度低，水的表面张力系数较大；而在土壤较深层温度较高，水的表面张力系数较小，而在土壤较深层温度较高，水的表面张力系数较小，水分会沿毛细管上移。所以拂晓时分土壤表层水分水分会沿毛细管上移。所以拂晓时分土壤表层水分含量高于正

10、常水平。含量高于正常水平。保持土壤水分是农业增产的一个重要问题。保持土壤水分是农业增产的一个重要问题。 对于一般植物，如果土壤含水量饱和，则毛细管全部被液态水充满，通对于一般植物，如果土壤含水量饱和，则毛细管全部被液态水充满，通气性能差；含水量过低，植物吸水困难，对作物生长不利。为了保持土壤中气性能差；含水量过低，植物吸水困难，对作物生长不利。为了保持土壤中适当的含水量：适当的含水量： (1) 增加腐殖质不仅补充了肥料，还可以改善土壤的空隙结构，增加毛管增加腐殖质不仅补充了肥料，还可以改善土壤的空隙结构，增加毛管水的贮量；水的贮量；(2) 温室中通常以渗流灌溉并对土壤含水量进行适时监控；温室中

11、通常以渗流灌溉并对土壤含水量进行适时监控； (3) 对于田间耕种，旱田播种后把地表压实可以使土壤颗粒之间形成较好对于田间耕种，旱田播种后把地表压实可以使土壤颗粒之间形成较好的毛细管，利于水分上升至地表；而冬天则应把土壤翻松，破坏土壤的毛细的毛细管，利于水分上升至地表；而冬天则应把土壤翻松，破坏土壤的毛细管，使水分不易上升到地表而被蒸发掉。管，使水分不易上升到地表而被蒸发掉。(2) 毛细永动机能否制造出来？毛细永动机能否制造出来？由由 可知：可知：grh q q cos2 液体沿毛细管液体润湿管壁）液体沿毛细管液体润湿管壁）“自动地上升自动地上升的的 如果毛细管的实际高度如果毛细管的实际高度 h

12、0 比液体上升的高度比液体上升的高度 h 小，小，液体能否自动从管子中流出来形成液体能否自动从管子中流出来形成“毛细永动机毛细永动机”？高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。高度似乎与毛细管的实际高度没有关系。h实际上，毛细永动机是不可能存在的。实际上，毛细永动机是不可能存在的。P0AP0液体润湿管壁会产生一定的接触角液体润湿管壁会产生一定的接触角q ，形成凹形液面，形成凹形液面，从而产生一定的附加压强，即从而产生一定的附加压强，即 A 点的压强为点的压强为 ，在大气压的作，在大气压的作用下，液面会上升；用下，液面会上升；002PRPPA n时，宏观上则表现为蒸发；时，宏观上则表现为蒸发；当当

13、n nn n，直，直到液体全部转变为蒸汽时，蒸发过程到液体全部转变为蒸汽时，蒸发过程才停止。才停止。 而在密闭容器中，容器内蒸汽的密度不断增大，返回液体而在密闭容器中，容器内蒸汽的密度不断增大，返回液体的分子数也不断增多，当的分子数也不断增多，当 n = nn = n时，液时，液气达到动态平衡，气达到动态平衡，此时的蒸汽叫做饱和蒸汽，由它而产生的压强叫做饱和蒸汽压。此时的蒸汽叫做饱和蒸汽，由它而产生的压强叫做饱和蒸汽压。二、饱和蒸汽压二、饱和蒸汽压 在一定温度下，饱和蒸汽压具有恒定的值，与其体积的大在一定温度下，饱和蒸汽压具有恒定的值，与其体积的大小以及有无其它气体存在无关。小以及有无其它气体

14、存在无关。 对于容易挥发的液体，表面层内的分子受对于容易挥发的液体，表面层内的分子受液体内部分子束缚较小，饱和蒸汽压较大。液体内部分子束缚较小，饱和蒸汽压较大。三、影响饱和蒸汽压的因素三、影响饱和蒸汽压的因素(1) 液体本身的性质液体本身的性质:(2) 温度温度: 温度越高，分子无规则热运动越剧烈，表面层的分子温度越高，分子无规则热运动越剧烈，表面层的分子越容易摆脱液体的束缚逃出液面，饱和蒸汽压越高。越容易摆脱液体的束缚逃出液面，饱和蒸汽压越高。(3) 液面的弯曲情况：液面的弯曲情况：如下图如下图 当容器内液体和蒸汽达到平衡时当容器内液体和蒸汽达到平衡时, 水平水平液面上方饱和蒸汽压为液面上方

15、饱和蒸汽压为 PC ，而毛细管内弯，而毛细管内弯曲液面上方饱和蒸汽压为曲液面上方饱和蒸汽压为 PC ，液体和饱和，液体和饱和蒸汽的密度分别为蒸汽的密度分别为 r 和和 r 。hABCPCP毛细管半径为毛细管半径为 r ，接触角为，接触角为。 hABCPCPBCPP 那么那么rapghCq q cos2- - raPPghCCq q cos2 - - raghq q cos2 即即grah)(cos2 q q - - 得得raghPPCCq q cos2)( - - - - 由于由于 ，所以，所以 ，即凹形液面上的饱和蒸汽压小，即凹形液面上的饱和蒸汽压小于水平液面上的饱和蒸汽压，蒸汽容易发生凝结

16、现象。于水平液面上的饱和蒸汽压，蒸汽容易发生凝结现象。 CCPP 如土壤从孔隙空气中吸收大量的水分。如土壤从孔隙空气中吸收大量的水分。)2(RaPghC- - raPPCCq q cos2 - - - - 同理可以证凸液面上的饱和蒸汽压同理可以证凸液面上的饱和蒸汽压 和水平液面上的饱和水平液面上的饱和蒸汽压和蒸汽压 PC 之差的计算公式之差的计算公式CP 凸液面上方饱和蒸汽压较大，蒸汽就不易在凸液面上凝结凸液面上方饱和蒸汽压较大，蒸汽就不易在凸液面上凝结 。 CCPP 有时蒸汽压强已超过水平液面上饱和蒸汽压的几倍，仍无法形有时蒸汽压强已超过水平液面上饱和蒸汽压的几倍，仍无法形成液滴。这种蒸汽称

17、为过饱和蒸汽。成液滴。这种蒸汽称为过饱和蒸汽。因为因为所以所以四、典型实例四、典型实例人工降雨人工降雨小水滴小水滴凝结凝结大水滴大水滴雨或雪雨或雪凝结核凝结核蒸汽中的蒸汽中的杂质微粒杂质微粒被水润湿被水润湿碘化银、氯化钠、硫化物等碘化银、氯化钠、硫化物等 秋冬季节温度降低时，地面上空的蒸汽秋冬季节温度降低时，地面上空的蒸汽密度超过了该温度下饱和蒸汽的密度，蒸汽密度超过了该温度下饱和蒸汽的密度，蒸汽凝结成水珠，形成霜露、雾。凝结成水珠，形成霜露、雾。秋、冬季节的霜露、雾现象秋、冬季节的霜露、雾现象第第3章章 液体的表面现象液体的表面现象主要内容主要内容 ： 液体的表面张力、表面能、液体与固体接触

18、处的液体的表面张力、表面能、液体与固体接触处的表面现象，弯曲液面的附加压强，生物组织和土壤中表面现象，弯曲液面的附加压强，生物组织和土壤中的毛细现象。的毛细现象。基本要求基本要求 ： 理解液体表面张力、表面张力系数的三个定义，理解液体表面张力、表面张力系数的三个定义，能求解弯曲液面的附加压强、毛细管内液面上升或下能求解弯曲液面的附加压强、毛细管内液面上升或下降的高度，了解液体表面张力、毛细现象在生物组织降的高度，了解液体表面张力、毛细现象在生物组织和土壤中的应用。和土壤中的应用。课堂作业 判断题判断题: :(1) 表面张力系数与液面的大小有关。表面张力系数与液面的大小有关。(2) 表面张力是由

19、于液面层分子受力不对称引起的。表面张力是由于液面层分子受力不对称引起的。(3) 液体的表面能与表面积成正比。液体的表面能与表面积成正比。(4) 对于凸形液面，液内压强小于液外压强。对于凸形液面，液内压强小于液外压强。(5) 毛细现象完全是由表面张力引起的。毛细现象完全是由表面张力引起的。填空题填空题: :(1) 液体具有特殊的表面性质，在与空气接触处形成的液体具有特殊的表面性质，在与空气接触处形成的表面表现出表面表现出 ，而在与固体接触处形成的表面，而在与固体接触处形成的表面出现出现 现象。现象。(2) 当附着力大于内聚力时，液体当附着力大于内聚力时，液体 固体表面；固体表面；而当内聚力大于附着力时，液体而当内聚力大于附着力时，液体 固体表面。固体表面。(3) 液体对固体的润湿程度可用接触角液体对固体的润湿程