医用物理学--液体的表面现象--ppt课件

第六章第五节液体的表面现象液体的表面现象（Liquidsurfacephenomenon）1、掌握液体表面张力的概念2、掌握附加压强及毛细现象的规律。3、熟悉气体栓塞现象、表面活性物质和表面吸附的物理原理学习要求表面张力和表面能一、表面张力和表面能自然界很多现象说明：液面表面具有收缩的趋势。液面宏观上表现为一个被拉紧的弹性薄膜而具有张力。液体的表面张力及表面能液体表面层内具有一种收缩的力，我们把这种促使液体表面收缩的力，称为表面张力（surfacetension）LFLFFL实验表明:表面张力的大小正比于线段MN的长度。表面张力系数：FFMN取液面分界面MN，表面张力F的方向与分界线垂直，与液体表面相切。/Nm单位：表面张力系数表：不同液体与空气接触时的表面张力系数α液体温度（oc）α（J/m2或N/m）丙酮200．0237甲醇200．0226苯200．0228氯仿200．0271甘油200．0634水银150．487肥皂液200．025溴化钠熔点0．103水00．0756水200．0728水300．0712水1000．0589影响表面张力系数的因素与液体的性质有关：不同液体，值不同；密度小、易挥发的液体值较小。如:酒精、乙醚的值很小，金属熔化后的值很大。与相邻物质化学性质有关：同一液体与不同物质交界，值不同。与温度有关：温度升高，值减小。某些液体沸腾时表面张力系数为零。与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其值增加；有的使其值减小。使值减小的物质称为表面活性物质。斥力引力斥力引力斥力=引力rr0r=r0rr0无分子力(分子间平衡距离:r0=10-10m)分子作用球半径r=10-9m。r表面张力产生的原因，可用分子力加以解释。空气液体m’mm表面层m’是液内分子；m是液体表面层分子。液体内分子m’的受力分析：受到的分子作用力的合力为零：fi=0表面层分子m的受力分析：受到一个指向液体内部的分子引力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。液体表面能:表层中所有分子高出液体内部分子的那部分势能的总和，称为液体的表面能。从表面能角度解释液体表面张力：表面层中每一个分子，比液体内部分子具有更多势能。由于系统的势能有减小到最小的趋势，因此只要有可能，表面层的分子就有可能向液体内部移动，使表面积收缩到最小。现象：小水滴融合成大水滴时，要释放出能量；反之，大水滴分散成许多小水滴时，要吸收外界能量；如：静电喷雾原因：表面层的分子具有更多的势能，当小水滴融合成大水滴时，表面积减小，更多的分子向液体内部迁移，因此融合后的表面能比融合前表面能小l液体薄膜dcbafF=2lf△xΔS表面张力系数的第2定义：a′b′表面张力系数与表面能：2/Jm液体的表面张力及表面能2Afxlx做功2Slx增加的面积22pElxSlx讨论：比表面能的含义PEApES平面液面：空气水P0P液内P液内=P0弯曲球面液面：P0P液内水由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内P0P附ffP0P液内水P附ff凹面凸面弯曲液面的附加压强二、弯曲液面的附加压强2PR表面张力的垂直分量:RTr=RsinOsinTA表面张力产生的附加压强:sin2sinsinTR2sin)2(R在弯曲液面上取如图所示液块T为单位长度液体表面的张力，即表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：sinPR2（）P222(2)sin=sinRPR小液块受力平衡：2PPR凹凸凹侧凸侧弯曲液面的附加压强PP凹凸2PR凸侧凹侧1222CAPPRR12RPPAB对外表面：R1R2(R1=R2=R)对内表面：22CBPPR肥皂泡2.球形液膜的附加压强：弯曲液面的附加压强4CAPPR补充：※向带有活塞的三通玻璃管吹气使两端分别挂上大小不一的肥皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观察气泡的变化?发现小泡将越来越小，大泡越胀越大。这就是小泡的附加压强大于大泡的附加压强的缘故。对大泡：对小泡：因为R1R2，所以P1P2。0114PRP0224PRPP1P2肥皂泡P0毛细现象水在细玻璃管中水面上升；水银在细玻璃管中液面下降；毛细现象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。原因：表面张力及润湿、不润湿。内径很小的管子称毛细管。水银水grgRhcos22附着层(即与固体接触的一薄层液体)内液体分子的运动主要受到两个力影响：f附：固体分子对液体分子的吸引力称为附着力。f內：液体分子对液体分子的吸引力称为內聚力。固体液体附着层f附f内三、毛细现象和气体栓塞毛细现象和气体栓塞当f附f内时，附着层扩展，液体润湿固体；例：水润湿玻璃f附当f附f内时，附着层收缩，液体不润湿固体；例：水银不润湿玻璃f附θθf内f内900900水玻璃玻璃水银水银水液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升ABh平衡时，PA=PBRrgrgRhcos22(当=00时,为完全浸湿。)02BPPghR0APPcosRr(对于下降同样适用)毛细现象的应用：临床应用：1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。2、普通手术缝合线要经过蜡处理。药学应用：1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内毛细管才能气化。2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使水分进入片剂，利于人体对药物的吸收。日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾纸吸墨水、煤油灯、植物吸收和运输水分等。*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体栓塞。2、气体栓塞(gasembolism)静止液体静止液体气泡P附左P附右=液体气泡*气泡产生阻力：PP阻力压强=P附右-P附左*当P时，液体无法流动；*当P时，液体才可流动；*细管中若有n个气泡，则要求外加压强差Pn，液体才能流动。（P:外加压强差）+P气体栓塞在医学中的应用：*注射前，要排尽针筒中气体；*预防潜水病；潜水病:潜水者在海中深达10米时，总共受到2个绝对大气压，深度每增加10米，就增加一个大气压。表面活性物质与表面吸附表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的某种溶质，使液体表面张力系数减小，这种溶质称为表面活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等）原因：表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚集并伸展成薄膜）。表面层肥皂分子水分子f1f2f1f2，使液体表面层分子势能减少，因而表面张力系数减小。四、表面活性物质与表面吸附肺组织中的表面活性物质：*肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质；改变粘液的α，从而维持正常呼吸。*肺组织结构R活性物质密度粘液的大肺泡：R活性物质密度粘液的小肺泡：表面活性物质与表面吸附小肺泡萎缩？大肺泡膨胀？？2PR基本保持不变所以毛细现象的应用肥皂就是最常见的表面活性物质。肥皂水的表面张力系数约为4010-3N/m，是纯水的一半。一般说来，醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质。表面活性物质在水溶液中，能使不溶或微溶于水的有机物质的溶解度显著增加，这种现象称为增溶作用(或加溶作用)。增溶作用举例：为了使喷洒在作物叶片上的农药能适当地展布开来，往往也要在稀释过的农药中加入表面活性物质：皂素、皂角粉、肥皂水；在冶金工业中，为加快熔融金属的结晶速度，在金属中加入表面活性物质降低其表面张力系数。如：钢液结晶时加入不同含量的硼会改变表面张力系数值。你们好本章小结FLES2PR2coshrg1、表面张力、表面能5、表面活性物质及大小肺泡内压强问题2、弯曲液面下的附加压强4、气体栓塞及医学预防提示：及时完成同步练习题3、毛细现象