1、也許你曾經留意也許你曾有所思為什么毛筆出水自聚合植物葉面水成滴蚊子站立水面上鋼針水上不沉落氣球越吹越省力肥皂溶水起泡膜秋冬多有霧彌漫清晨常見地潮濕上述現象皆有因本章內容道根底毛細管中水升位紙張見水便潤濕 與固體接觸的液體表面存在潤濕和不潤濕現象；與固體接觸的液體表面存在潤濕和不潤濕現象；上述兩種現象使得細管即毛細管中的液體有毛細現象。上述兩種現象使得細管即毛細管中的液體有毛細現象。 與氣體接觸的液體表面存在表面張力現象，從而使彎曲液與氣體接觸的液體表面存在表面張力現象，從而使彎曲液面內外有附加壓強差；面內外有附加壓強差；液體的表面液體的表面表面層表面層液體與氣體的分界面液體與氣體的分界面液體與

2、另一種液體的分界面液體與另一種液體的分界面附著層附著層液體與固體的分界面液體與固體的分界面3.1 液體的表面張力液體的表面張力3.2 彎曲液面的附加壓強彎曲液面的附加壓強3.3 毛細現象毛細現象3.4 蒸發與凝結蒸發與凝結 本章內容：本章內容：3.1 液體的表面張力液體的表面張力一、液體的微觀結構一、液體的微觀結構 液體分子間作用力顯著。宏觀上表現為不易壓縮性。宏觀上表現為不易壓縮性。液體分子在平衡位置附近做振動和在液體內移動。液體分子在平衡位置附近做振動和在液體內移動。 液體分子在每一個平衡位置上振動的時間。液體分子在每一個平衡位置上振動的時間。分子的定居時間：分子的定居時間：不同液體，隨著

3、溫度、壓強的不同，定居時間不同。不同液體，隨著溫度、壓強的不同，定居時間不同。 在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面層。層液體稱為液體的表面層。 當外力作用時間當外力作用時間 定居時間定居時間表現為液體的流動性表現為液體的流動性 當外力作用時間當外力作用時間 0 還是還是 Ps 03PP - - 0 BAPP 由于 所以所以那么形成那么形成 B B 的肥皂薄膜最后會不會流經連通管，完全到達的肥皂薄膜最后會不會流經連通管，完全到達 A A?已知直徑已知直徑d = 0.01 mm 的空氣泡在水下的深度的空氣泡在水下

4、的深度 h = 20 cm 處，處，設水面壓強為大氣壓設水面壓強為大氣壓 P0 = 1.013105 Pa ，已知水的密度，已知水的密度 r = 103 kgm-3 ，水的表面張力系數，水的表面張力系數 a = 7210-3 Nm-1 。解解h氣氣水水ghPP 0氣泡外氣泡外由題意得：由題意得：RPP 2- - - -氣泡內氣泡內氣泡外氣泡外而而所以所以dghPP 40 氣氣泡泡內內33351001. 0107242 . 08 . 91010013. 1- - - Pa 1032. 15 例例求求氣泡內空氣的壓強。氣泡內空氣的壓強。3.3 毛細現象毛細現象一、潤濕和不潤濕一、潤濕和不潤濕附著層

5、：附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的液體層。液體層。取決液體和固體的性質取決液體和固體的性質潤濕潤濕不潤濕不潤濕內聚力：內聚力：液體內部分子對附著層內液體分子的吸引力液體內部分子對附著層內液體分子的吸引力附著力：附著力：固體分子對附著層內液體分子的吸引力固體分子對附著層內液體分子的吸引力 潤濕和不潤濕是由附著層分子力引起的。潤濕和不潤濕是由附著層分子力引起的。內聚力大于附著力內聚力大于附著力A不潤濕不潤濕內聚力小于附著力內聚力小于附著力A潤濕潤濕f f 液體對固體的潤濕程度由接觸角來表示。液體對固體的潤濕程度由接觸角來表示。

6、接觸角：接觸角：在液、固體接觸時，固體表面經過液體內部與液體表在液、固體接觸時，固體表面經過液體內部與液體表面所夾的角。面所夾的角。通常用通常用 q q 來表示。來表示。液體潤濕固體；液體潤濕固體；當當 時，時，2 q q 液體不潤濕固體；液體不潤濕固體；當當 時，時，0 q q液體完全潤濕固體；液體完全潤濕固體；當當 時，時， q q 液體完全不潤濕固體；液體完全不潤濕固體；q q潤濕潤濕q q不潤濕不潤濕附著層附著層附著層附著層二、毛細現象二、毛細現象 將細的管插入液體中，如果液體潤濕管壁，液面成凹液面，將細的管插入液體中，如果液體潤濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內升高；如果液體不潤濕管

7、壁，液面成凸液面，液體液體將在管內升高；如果液體不潤濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內下降。這種現象稱為毛細現象。將在管內下降。這種現象稱為毛細現象。hh能夠產生毛細現象的細管稱為毛細管。能夠產生毛細現象的細管稱為毛細管。1、毛細現象產生的原因、毛細現象產生的原因固固體體液體液體如果液體對固體潤濕，如果液體對固體潤濕，則接觸角為銳角。則接觸角為銳角。 固固體體液體液體h如果液體對固體不潤濕，如果液體對固體不潤濕，則接觸角為鈍角。則接觸角為鈍角。 h 容器口徑很小，附加壓強的存在將容器口徑很小，附加壓強的存在將使管內液面升高，產生毛細現象。使管內液面升高，產生毛細現象。 容器口徑很小，附加壓強的

8、存在容器口徑很小，附加壓強的存在將使管內液面降低，產生毛細現象。將使管內液面降低，產生毛細現象。設管內液面為一半徑為設管內液面為一半徑為 R 的凹球面的凹球面q qcosRr 附加壓強為：附加壓強為：0PPPAs- - rPPAq q cos20- - 即即2、毛細管中液面上升或下降的高度、毛細管中液面上升或下降的高度由幾何關系可知：由幾何關系可知：RR 2- - rq q cos2- - CBAr0P又又ghPPAB - -且且0PPPCB grh q q cos2 得：得：h 潤濕管壁的液體在毛細管中上升的高度與液體的潤濕管壁的液體在毛細管中上升的高度與液體的表面張力系數成正比，與毛細管的

9、截面半徑成反比。表面張力系數成正比，與毛細管的截面半徑成反比。討論討論grh q q cos2 (1) 若液體不潤濕管壁，那么若液體不潤濕管壁，那么grh q q cos2 可得：可得： q q 2管內液面下降。管內液面下降。0 中午中午AA減小，毛細水下降。減小，毛細水下降。清晨清晨A增加，毛細水上升。增加，毛細水上升。 夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數較大；夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數較大；而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數較小，而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數較小，水分會沿毛細管上移。所以拂曉時分土壤表層水分水分會沿毛細管上移。所以拂曉時分土壤表層水分含量高于正

10、常水平。含量高于正常水平。保持土壤水分是農業增產的一個重要問題。保持土壤水分是農業增產的一個重要問題。 對于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細管全部被液態水充滿，通對于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細管全部被液態水充滿，通氣性能差；含水量過低，植物吸水困難，對作物生長不利。為了保持土壤中氣性能差；含水量過低，植物吸水困難，對作物生長不利。為了保持土壤中適當的含水量：適當的含水量： (1) 增加腐殖質不僅補充了肥料，還可以改善土壤的空隙結構，增加毛管增加腐殖質不僅補充了肥料，還可以改善土壤的空隙結構，增加毛管水的貯量；水的貯量；(2) 溫室中通常以滲流灌溉并對土壤含水量進行適時監控；溫室中

11、通常以滲流灌溉并對土壤含水量進行適時監控； (3) 對于田間耕種，旱田播種后把地表壓實可以使土壤顆粒之間形成較好對于田間耕種，旱田播種后把地表壓實可以使土壤顆粒之間形成較好的毛細管，利于水分上升至地表；而冬天則應把土壤翻松，破壞土壤的毛細的毛細管，利于水分上升至地表；而冬天則應把土壤翻松，破壞土壤的毛細管，使水分不易上升到地表而被蒸發掉。管，使水分不易上升到地表而被蒸發掉。(2) 毛細永動機能否制造出來？毛細永動機能否制造出來？由由 可知：可知：grh q q cos2 液體沿毛細管液體潤濕管壁）液體沿毛細管液體潤濕管壁）“自動地上升自動地上升的的 如果毛細管的實際高度如果毛細管的實際高度 h

12、0 比液體上升的高度比液體上升的高度 h 小，小，液體能否自動從管子中流出來形成液體能否自動從管子中流出來形成“毛細永動機毛細永動機”？高度似乎與毛細管的實際高度沒有關系。高度似乎與毛細管的實際高度沒有關系。h實際上，毛細永動機是不可能存在的。實際上，毛細永動機是不可能存在的。P0AP0液體潤濕管壁會產生一定的接觸角液體潤濕管壁會產生一定的接觸角q ，形成凹形液面，形成凹形液面，從而產生一定的附加壓強，即從而產生一定的附加壓強，即 A 點的壓強為點的壓強為 ，在大氣壓的作，在大氣壓的作用下，液面會上升；用下，液面會上升；002PRPPA n時，宏觀上則表現為蒸發；時，宏觀上則表現為蒸發；當當

13、n nn n，直，直到液體全部轉變為蒸汽時，蒸發過程到液體全部轉變為蒸汽時，蒸發過程才停止。才停止。 而在密閉容器中，容器內蒸汽的密度不斷增大，返回液體而在密閉容器中，容器內蒸汽的密度不斷增大，返回液體的分子數也不斷增多，當的分子數也不斷增多，當 n = nn = n時，液時，液氣達到動態平衡，氣達到動態平衡，此時的蒸汽叫做飽和蒸汽，由它而產生的壓強叫做飽和蒸汽壓。此時的蒸汽叫做飽和蒸汽，由它而產生的壓強叫做飽和蒸汽壓。二、飽和蒸汽壓二、飽和蒸汽壓 在一定溫度下，飽和蒸汽壓具有恒定的值，與其體積的大在一定溫度下，飽和蒸汽壓具有恒定的值，與其體積的大小以及有無其它氣體存在無關。小以及有無其它氣體

14、存在無關。 對于容易揮發的液體，表面層內的分子受對于容易揮發的液體，表面層內的分子受液體內部分子束縛較小，飽和蒸汽壓較大。液體內部分子束縛較小，飽和蒸汽壓較大。三、影響飽和蒸汽壓的因素三、影響飽和蒸汽壓的因素(1) 液體本身的性質液體本身的性質:(2) 溫度溫度: 溫度越高，分子無規則熱運動越劇烈，表面層的分子溫度越高，分子無規則熱運動越劇烈，表面層的分子越容易擺脫液體的束縛逃出液面，飽和蒸汽壓越高。越容易擺脫液體的束縛逃出液面，飽和蒸汽壓越高。(3) 液面的彎曲情況：液面的彎曲情況：如下圖如下圖 當容器內液體和蒸汽達到平衡時當容器內液體和蒸汽達到平衡時, 水平水平液面上方飽和蒸汽壓為液面上方

15、飽和蒸汽壓為 PC ，而毛細管內彎，而毛細管內彎曲液面上方飽和蒸汽壓為曲液面上方飽和蒸汽壓為 PC ，液體和飽和，液體和飽和蒸汽的密度分別為蒸汽的密度分別為 r 和和 r 。hABCPCP毛細管半徑為毛細管半徑為 r ，接觸角為，接觸角為。 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 ，即凹形液面上的飽和蒸汽壓小，即凹形液面上的飽和蒸汽壓小于水平液面上的飽和蒸汽壓，蒸汽容易發生凝結

16、現象。于水平液面上的飽和蒸汽壓，蒸汽容易發生凝結現象。 CCPP 如土壤從孔隙空氣中吸收大量的水分。如土壤從孔隙空氣中吸收大量的水分。)2(RaPghC- - raPPCCq q cos2 - - - - 同理可以證凸液面上的飽和蒸汽壓同理可以證凸液面上的飽和蒸汽壓 和水平液面上的飽和水平液面上的飽和蒸汽壓和蒸汽壓 PC 之差的計算公式之差的計算公式CP 凸液面上方飽和蒸汽壓較大，蒸汽就不易在凸液面上凝結凸液面上方飽和蒸汽壓較大，蒸汽就不易在凸液面上凝結 。 CCPP 有時蒸汽壓強已超過水平液面上飽和蒸汽壓的幾倍，仍無法形有時蒸汽壓強已超過水平液面上飽和蒸汽壓的幾倍，仍無法形成液滴。這種蒸汽稱

17、為過飽和蒸汽。成液滴。這種蒸汽稱為過飽和蒸汽。因為因為所以所以四、典型實例四、典型實例人工降雨人工降雨小水滴小水滴凝結凝結大水滴大水滴雨或雪雨或雪凝結核凝結核蒸汽中的蒸汽中的雜質微粒雜質微粒被水潤濕被水潤濕碘化銀、氯化鈉、硫化物等碘化銀、氯化鈉、硫化物等 秋冬季節溫度降低時，地面上空的蒸汽秋冬季節溫度降低時，地面上空的蒸汽密度超過了該溫度下飽和蒸汽的密度，蒸汽密度超過了該溫度下飽和蒸汽的密度，蒸汽凝結成水珠，形成霜露、霧。凝結成水珠，形成霜露、霧。秋、冬季節的霜露、霧現象秋、冬季節的霜露、霧現象第第3章章 液體的表面現象液體的表面現象主要內容主要內容 ： 液體的表面張力、表面能、液體與固體接觸

18、處的液體的表面張力、表面能、液體與固體接觸處的表面現象，彎曲液面的附加壓強，生物組織和土壤中表面現象，彎曲液面的附加壓強，生物組織和土壤中的毛細現象。的毛細現象。基本要求基本要求 ： 理解液體表面張力、表面張力系數的三個定義，理解液體表面張力、表面張力系數的三個定義，能求解彎曲液面的附加壓強、毛細管內液面上升或下能求解彎曲液面的附加壓強、毛細管內液面上升或下降的高度，了解液體表面張力、毛細現象在生物組織降的高度，了解液體表面張力、毛細現象在生物組織和土壤中的應用。和土壤中的應用。課堂作業 判斷題判斷題: :(1) 表面張力系數與液面的大小有關。表面張力系數與液面的大小有關。(2) 表面張力是由

19、于液面層分子受力不對稱引起的。表面張力是由于液面層分子受力不對稱引起的。(3) 液體的表面能與表面積成正比。液體的表面能與表面積成正比。(4) 對于凸形液面，液內壓強小于液外壓強。對于凸形液面，液內壓強小于液外壓強。(5) 毛細現象完全是由表面張力引起的。毛細現象完全是由表面張力引起的。填空題填空題: :(1) 液體具有特殊的表面性質，在與空氣接觸處形成的液體具有特殊的表面性質，在與空氣接觸處形成的表面表現出表面表現出 ，而在與固體接觸處形成的表面，而在與固體接觸處形成的表面出現出現 現象。現象。(2) 當附著力大于內聚力時，液體當附著力大于內聚力時，液體 固體表面；固體表面；而當內聚力大于附著力時，液體而當內聚力大于附著力時，液體 固體表面。固體表面。(3) 液體對固體的潤濕程度可用接觸角液體對固體的潤濕程