表面张力和毛细现象.ppt

浮力、表面张力和毛细现象,尤 明 庆 2008 年 10 月 19 日,1） 引 言 2） Pascal 原理 3) Bernoulli 方程 4） 虹吸现象（Siphonage) 5) 结束语,Pascal 原理及 Bernoulli 方程,复习,静 水 压 力,力是物体之间的相互作用 压力是流体内部单位面积的的作用力 压力垂直于作用面 流体压力与位置有关，与方向无关，即： 同一位置，各个方向的压力相等 力的单位是Newton，符号 N; 压力的单位是 Pascal ，符号 Pa; 1 N =1 kg m/s2, 1 Pa = 1N/m2, 1 MPa = 106 Pa,单位符号的确定规则,Pascals law or Pascals principle,A change in the pressure of an enclosed incompressible fluid is conveyed undiminished to every part of the fluid and to the surfaces of its container,P=gH,From Wikipedia, the free encyclopedia,The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by:,Pascals law or Pascals principle,高度变化所引起的压力差异,P=gH,The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by:,S PA = S PB+ g（HB - H A)S,力 平 衡 方 程,Pascals law or Pascals principle,高度变化所引起的压力差异,P=gH,S PA = S PB+ g（HB - H A)S,力 平 衡 方 程,HB,PA +g H A = PB + gHB,静止流体重力势能与压力能总和守恒,烟囱的作用,PA,PB,PB,P外=冷 gH，大,P内 =热gH，小,假如不流动：,烟囱出口处热空气压力较高，因而,压力也是能量，其来源是,烟囱的作用,PA,PB,PB,矿井自然通风系统 冬天 夏天,压力也是能量，其来源是,Bernoulli 方程,PA +g H A = PB + gHB,静止流体重力势能与压力能总和守恒,流体从水面到出口将重力势能转换为压力能，再将压力能转换为动能,Bernoulli 方程,P,H,P +g H + V 2 /2 = 常数,不考虑流动的损失，重力势能、压力能和动能的总和守恒,流体从水面到出口将重力势能转换为压力能，再将压力能转换为动能,出流速度,出流是一个 准静态过程,与自由落体运动的速度完全相同,Bernoulli 方程,P,H,P +g H + V 2 /2 = 常数,不考虑流动的损失，重力势能、压力能和动能的总和守恒,出流速度,沿程阻力损失 局部阻力损失,流体能量 P +g H + V 2 /2 实际上逐步降低,Bernoulli 方程,P,H,出流速度,沿程阻力损失 局部阻力损失,流体能量 P +g H + V 2 /2 实际上逐步降低,沿程阻力损失：沿直管流动，流体与管壁摩擦引起的，与管径成反比，与动能成正比，比例系数与流体、管道粗糙特征等有关。,Bernoulli 方程,P,H,出流速度,沿程阻力损失 局部阻力损失,流体能量 P +g H + V 2 /2 实际上逐步降低,局部阻力损失：因流体运动的速度大小和方向改变而引起的能量损失，与动能成正比，比例系数与流体、管道（速度改变）特征等有关。,用塑料水管浇花，缩小其出口面积能使水流喷到更远的地方 一般的说法是，面积减小，速度增大，因而可以喷得更远。 说这句话时，实际上心中有这样的一个认识：改变出口面积时水管的出流量不变。不过，,若将管子 完全捏住 ， 流量等于0，速度？！,浇花水的塑料管,减小出口面积，增大整个系统的流动阻力，因而流量减小；出口面积为零，流量为零。 流量减小，水到达出口处的压力损失就减小，使得出口处的压力增大；流量为零，出口处压力 - - 出口处压力增大，喷出速度就有可能增大，水流也就有可能喷到更远的地方。不过 - -,浇花水的塑料管,水暖为什么由上而下供应用用户,利用流体的重力势能克服流动阻力,虹吸：利用曲管将液体经高于液面的地方引向低于液面,A siphon is a continuous tube that allows liquid to drain from a reservoir through an intermediate point that is higher than the reservoir, the flow being driven only by the difference in hydrostatic pressure without any need for,Pumping. It is necessary that the final end of the tube be lower than the liquid surface in the reservoir.,有什么用途？,水往低处流是内因，本性; 大气压是外因，环境；而 曲管内充满水是触发条件，机遇！,虹吸现象,1） 金鱼缸换水 2） 当年吃车加油 3） 清洗猪肺 4） 等等,虹吸现象,戒,杯,量变引起质变 质变不可逆转 临界点隐蔽难知,B,贪,辞海, 缩印本上海辞书出版社1999年 定价 230元,虹吸现象 ： 装置通常处在大气中，但即使两贮水器液面为真空，虹吸现象也能实现 辞海2244页,？,？,鸳鸯壶,本实用新型涉及一种可以盛装各种液体的鸳鸯壶，由壶体、壶嘴、壶把和壶盖组成。壶体内由隔板分隔成两个空腔，并分别与通往壶嘴的通液道相通，在壶体顶部设有加液孔，壶把上设有进气孔，使用时可随意选择壶内任一种液体。该鸳鸯壶结构简单、造型美观、制造容易、成本低，使用方便，特别适合于家庭、食堂、餐厅使用。,申请专利号 CN90200662.2 专利申请日 1990.01.16 名称 鸳 鸯 壶 申请（专利权） 崔 富 胜,实 用 新 型,Mandarin duck,浮力、表面张力和毛细现象,引言 浮力定律 表面张力 毛细现象 结语,液体对各个方向都有压力，而压力随深度线性增加。 浮力是液体压力对固体表面作用的合力，等于物体所排开液体的重量,液体的浮力,力在竖直方向分解,液体对各个方向都有压力，而压力随深度线性增加。 浮力是液体压力对固体表面作用的合力，等于物体所排开液体的重量,约在公元200年三国时曹冲称象,公元前约200年，阿基米德利用浮力替国王确定王冠的含金量,液体的浮力,冰密度小于水（随结构变化），冰山露出水面部分为总体积的1/71/5，所谓冰山的一角。 融化后正好充填其水下部分的体积，不会引起水面的上升。 南极洲的冰架压在陆地上，断裂跌入海中时海平面就上升了，并不要等到冰山融化。,液体的浮力,鱼通过给鳔充气或放气改变体积调整浮力。潜水艇 利用浮力定律时必须要求物体表面都承受液体的压力。 如果潜艇伏底在淤泥中，就有会失去下方的压力，从而被压死永远不能浮出水面。,液体的浮力,3 处错 ！,阿基米得为世人所熟知的故事是浮力定律的发现。有一天他从澡盆里跳出来，跑到大街上大喊：“我找到了！”因为他坐进澡盆时，看见了水从盆缘溢流出来，于是想出了计算制作国王皇冠用了多少黄金的方法把皇冠放入注满水的容器中，溢出水的体积相当于皇冠的体积。这就是人尽皆知的浮力定律。,浮心：浮力的作用点,浮体的位置和稳定性 球体 圆柱体 正方体 等等,分子之间存在引力，液体内部每一个分子都受到周围分子的引力，处于平衡状态。 但边界处的分子只受到内部分子的引力，呈收缩趋势，存在一种张力。荷叶上的水滴、浮在水面上的硬币就是表面张力的作用。,表面张力,不沾湿,昆虫在水面上行走,Surface tension：Robert Anderson,光的干涉条纹显示水面高度的微小变化,分子之间存在引力，液体内部每一个分子都受到周围分子的引力，处于平衡状态。 但边界处的分子只受到内部分子的引力，呈收缩趋势，存在一种张力。荷叶上的水滴、浮在水面上的硬币就是表面张力的作用。,表面张力,表面张力是出现在液体表面的张力，并不是作用在表面的张力。 其起因实际上是界面所造成的不对称,液体表面所接触的有固体和气体,肥皂泡因表面张力才存在。半径 R 肥皂泡，有两层表面，都产生张力。内部压力 P2 大于肥皂液压力 P1，而 P1 又大于大气压 P0,(P2 P1 ) R22RT (P1 P0 ) R22RT,吹肥皂泡的少年 法夏尔丹,P2P0 4T / R,表面张力,肥皂泡因表面张力才存在。半径 R 肥皂泡，有两层表面，都产生张力。内部压力 P2 大于肥皂液压力 P1，而 P1 又大于大气压 P0,吹肥皂泡的少年 法夏尔丹,P2P0 4T / R,表面张力,20时水的表面张力系数为0.073N/m。,肥皂液的表面张力系数较小,固体分子对液体分子的引力大于液体分子之间的引力，则称液体对固体是沾湿的，如水对玻璃，柴油对铁皮；反之称为不沾湿的，如水银对玻璃，水对荷叶。,液体对固体的沾湿和不沾湿,柴油对铁皮的沾湿： 危害与防治,一个细玻璃管插入水中，水面会上升。其原因是玻璃管壁对水分子的引力大于水分子之间的引力。这在玻璃管的内外表面都能看到。,2r T cosrhg h 2T cos /g r,直径1 mm 的干净管子内，水面可上升 30 mm,毛细现象,纤维将水从下方引到高处,Dehra Dun-Waterfall at Sahastradhara generated by upward capillary action,土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水,灌溉以及水库会引起地下水上升，如果达到土壤毛细作用范围，蒸发就会使地下水持续上升，水被蒸发，留下矿物质，引起土地盐碱化。 植树、治沙与土地荒漠化,土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水,祝大家 学习愉快 万事如意,祝大家 学习愉快 万事如意,