液体表面张力毛细现象

第3章 液体的表面现象,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,蚊子靠纳米结构练就水上漂,A ROBOT WALKING ON WATER,结论：水面是一张有弹性的膜,有趣的现象,二、液体的表面张力现象及微观本质,液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。,（1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合；,（2）蚊子能够站在水面上；,（3）钢针能够放在水面上；,（4）荷花上的水珠呈球形；,（5）肥皂膜的收缩；,液体表面具有收缩趋势的力，这种存在于液体表面上的张力称为表面张力。,说明：力的作用是均匀分布的，力的方向与液面相切； 液面收缩至最小。,3.1 液体的表面张力,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。,液体分子在平衡位置附近做振动和在液体内移动。,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）。,表面层是一个厚度大概为10-9m的薄层，液体分子间距比较大,（1）液面收缩的微观解释,1、从分子力的角度，,B分子合力表现为_,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,液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大：,由势能最小原则可知，在没有外力影响下，液体应处于表面积最小的状态。,从力的角度看，就是有表面张力存在。,所受合外力指向液体内部，因此有向液体内部运动的趋势。,A,fL,2、表面张力系数的基本性质,（1）不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的液体表面张力系数小。,（2）同一种液体的表面张力系数与温度有关，温度越高，表面张力系数越小。,（3）液体表面张力系数与相邻物质的性质有关。,（4）表面张力系数与液体中的杂质有关。,不沾湿,一、润湿和不润湿,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液体层。,由附着层内的分子力引起,润湿,不润湿,内聚力：,液体内部分子对附着层内液体分子的吸引力,附着力：,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液体和固体的性质。,内聚力大于附着力,A,不润湿,内聚力小于附着力,A,润湿,液体对固体的润湿程度由接触角来表示。,接触角：,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,，通常用q 来表示。,液体润湿固体；,当 时，,当 时，,液体不润湿固体；,当 时，,液体完全润湿固体；,当 时，,液体完全不润湿固体；,q,润湿,q,不润湿,从能量角度解释不润湿,对于附着层内任意一分子 A ，当内聚力大于附着力时， A 分子受到的合力 f 垂直于附着层指向液体内部。,液体分子从液体内部运动到附着层内分子间作用力做负功（即分子势能增大），附着层内分子势能比液体内部分子势能大。,根据平衡态势能最小的原则，附着层内的分子要尽量挤入液体内（即尽量处于低势能态），结果附着层收缩，表现为液体不润湿固体。,当内聚力小于附着力时，附着层内的分子 A 受到的合力 f 垂直于附着层指向固体表面。,从能量角度解释润湿,液体分子从液体内部运动到附着层内分子间作用力做正功（即分子势能减小），使得附着层内分子势能比液体内部分子势能小。,液体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展，表现为液体润湿固体。,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,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，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。,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,毛细现象是由于润湿或不润湿现象和液体表面张力共同作用引起的。,如果液体对固体润湿，则接触角为锐角。,h,如果液体对固体不润湿，则接触角为钝角。,h,容器口径非常小，附加压强的存在将使管内液面升高，产生毛细现象。,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。,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,