741液体的表面张力

目录一、液体的表面现象二、液体的表面张力三、液体的表面能与表面收缩研究的意义液体在生物体内及其周围环境中占有很重要的地位液体的主要特征①它和空气接触有一个自由表面，②和固体接触处有一个附着层，因而表现出一系列表面现象。研究的角度分子运动的角度解释研究宏观问题——分子热力学现象展示浮在水面上的昆虫肥皂膜收缩把线拉成一个弧形线被绷紧总之:液体表面有收缩到最小的趋势，这种使液体表面收缩的力称为表面张力。注:不仅在周界上有表面张力存在,而且在液面上的任何地方都有表面张力存在,否则液面将无法收缩1、液体的表面层2、定性了解表面张力3、表面张力系数α是一个重要值表面张力分子力r0X斥力引力液体分子间表现出相互的吸引力，这是液体分子聚集的主要原因再看分子力分子力作用半径能够发生作用的最大分子间距——Re以Re为半径的圆球内的所有分子都能对中心分子产生作用力Re分子力作用球——立体的球液体表面层将液面下Re厚的液体层定义为液体表面层。Re注：1）液体表面层并不是一个几何面，而是一个厚Re的薄层；2）当液面增大时，表面层中的分子数增多5、液体分子受力情况（不计重力）ReABCReReReReABCReReRe合引力：0该力总是力图使表层分子往液体内部走，而液体是不易压缩的，于是表面有收缩的趋势回定性了解表面张力F1、F2大小等方向反，与MN界相垂直，与液面相切不考虑边界效应注A）、F1、F2是大量分子宏观作用的结果；B）、这种液体表面层各部分之间的拉力，称为表面张力；C）、要区分表面张力与前部分所讲液体表面层中分子的受力；表面张力：是表面层上分子的宏观力效果，与液面相切液体表层中分子受力：是表面分子受到的指向液体内部的不平衡力。回·定义1（从表面张力角度）：设想某一分界限上的张力f，它与边界长L成正比f=σL表面张力系数fL表示在分界线上单位长度的表面张力[SI]：N/m将在实验室中测量fAfBAB表面张力的方向：与分界线垂直并与液体表面相切。表面张力大小：FL·定义2（从作功的角度）AB边可以沿框自由滑动，作用在AB边上的张力为ffAB=LABCD中是皂膜f=2σL要保持膜平衡，则应加一平衡力FA’B’x做功：ΔA=F·ΔXAS=2σL·ΔX=σΔSdAdS或注1）ΔS=2L·ΔX表示移动过程中增加的液面，此例中为双层；(如吹泡)2）定义：在等温条件下，表面张力系数σ等于增加单位表面积时外力所作的功。3）[SI]：J/m2AS液体温度（0C）表面张力系数σ(×10-3N/m)酒精2022.3肥皂水2025.0苯2028.9水1873水银18490液态铅335473常见液体的表面张力系数液體溫度(C)張力系数（10–3N／m液體溫度(C)張力系数（10–3N／m水076.1酒精5019.8水1074.2乙醚2016.5水2572.0甘油2063.4水6066.2石油2026.0水10058.9水銀20465.0酒精0024.0橄欖油2032.0酒精2022.3常見液體的表面張力系数与α相关的因素至少一般有1）液体自身的性质ρ小，易蒸发的液体，σ小；ρ大，不易蒸发的液体，σ大2）温度：同一种液体，σ随温度的升高而减小，当σ→0时，对应临界温度注：水在1000时，σ≈59×10-3N/m（书P129表7-1）理解3）相邻的物质接触面上的介质要对其产生影响4）杂质：加入杂质可明显改变表面张力在液体中加入杂质能显著地减小这种液体的表面张力系数，则称这种这种物质为这种液体的表面活性物质。20℃下，水中溶有肥皂，表面张力系数将从72.75×10-3N／m，减至40×10-3N／m）关于肺泡小于10-4米的小襄内壁上有粘液层·正常吸气时，肺内气压低于大气压约3mmHg（氧与血中的二氧化碳进行交换）·肺泡半径大约要从0.5×10-4m扩大到1×10-4m应用理解粘液带给肺泡的张力系数正常时约为0.05N/m使肺泡收缩的趋势.扩张肺泡肺泡的弹性回力液膜的表面张力回缩肺没有横纹肌横隔膜的上下动来调节胸腔的空间肺泡壁分泌表面活化剂(卵磷脂)活化剂浓度大σ小，易扩张肺泡较大后，表面活化剂浓度降低σ增大，则抑制扩张至平衡点为止第一次扩张肺泡，所需压强差达30mmHg回顾：一物体A从高点自由下落到低点时，其动能、势能如何改变？A顺着力的方向，势能会减小Re克服力作功才能成功，其结果是，进入表面层后，这一分子势能增加。定义表面层中所有分子高出液体内部分子的那部分势能的总和，叫液体的表面能（也叫表面自由能）注：1）表面能表述的是宏观性质，而不是某一分子的势能；2）液体的表面积越大，表面能越大；3）任何一个系统，当它处于稳定状态时，势能应最小。（站立与躺下）总之,对于液体系统，在液面静止的情况下，应具有最小的表面能，要减小表面能，则应减小表面积，液体往中间走，故在宏观上，液体表面有收缩的趋势。由于液体体积一定，而液体又极难压缩，因此表面收缩的结果是使液面呈紧张状态（类似有一薄膜），于是出现表面张力ES小结：表面张力系数的定义fL定义1：定义2：AS定义3：ES实质是一样的P129例题1：试求当许多半径为r的小水滴融合成一个半径为R的大水滴时释放出的能量，假设水滴呈球状，水的表面张力系数σ在此过程中保持不变。解：设小水滴的数目为N，融合过程中释放出的能量为水滴表面积减小时所减小的表面能融合前后水滴的总体积保持不变343rN343R其中33RNr22(44)ErNRES24(1)RRr类似:欲使1.0×103kg质量的油在水内散布成半径r=106m的小油滴,需要作多少功?散布过程视为等温。已知水和油边界的表面张力系数α=1.8×10-2N/m，油密度ρ=900kg/m3。解：一个大油滴等温地散布成大量小油滴时，能量仅消耗在增加的表面积上，因此所需作功为AS式中ΔS是所增加的表面积。设n是小油滴数目，r和R分别为小、大油滴的半径，则)(422RnrS因为过程中油的质量不变，故有3323233343)1(43434rmnnrnSrRnrnRm由此得所以小油滴数n为因为1与n1/3比较可以忽略,最后求得JrmW2100.63同一种液体，温度升高时液体的表面张力系数一般是--------(A)增大(B)减小(C)不变思考：