表面张力.ppt
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1、液液 体体一、液体的微观结构一、液体的微观结构 液晶液晶1、液体的微观结构、液体的微观结构 问题:液体分子的运动在微观上是接近于固体还是更接近于气体?问题:液体分子的运动在微观上是接近于固体还是更接近于气体?实验事实实验事实1:对大多数物质而言,:对大多数物质而言,固体熔化成液体时体积增加固体熔化成液体时体积增加10%,即分子距离增加,即分子距离增加3%液体汽化时,体积约增加为原来的液体汽化时,体积约增加为原来的1000倍,倍,即分子间距离增大为原来的即分子间距离增大为原来的10倍倍实验事实实验事实2:各种物质的汽化热都远远大于其熔解热:各种物质的汽化热都远远大于其熔解热液体在微观结构上应该更
2、接近于固体液体在微观结构上应该更接近于固体实验事实实验事实3:伦琴射线研究溶解和结晶过程:伦琴射线研究溶解和结晶过程液体分子近程有序液体分子近程有序分子基团(线胞)分子基团(线胞)高基团彼此之间的方位是完全无序的高基团彼此之间的方位是完全无序的宏观上表现为液体各向同性宏观上表现为液体各向同性定居时间定居时间 :在一定的温度与压强下:在一定的温度与压强下液体分子在每一平衡位置振动的时液体分子在每一平衡位置振动的时间的平均值。间的平均值。数量级:液态金属,数量级:液态金属,水,水,定居时间定居时间 的长短取决于分子力的长短取决于分子力f 的大小和分子无规则运动的强弱的大小和分子无规则运动的强弱fT
3、2、液晶、液晶(1)液晶的发展过程)液晶的发展过程1888年奥地利科学者莱尼茨尔年奥地利科学者莱尼茨尔苯甲酸胆固醇加热至苯甲酸胆固醇加热至1450C时,发现其结晶体开始时,发现其结晶体开始溶解并变成混浊状态,继续加热到溶解并变成混浊状态,继续加热到1790C时才变成时才变成各向同性的真液体。各向同性的真液体。在在1450C到到1790C之间之间介于液态与晶台态之间的一种介于液态与晶台态之间的一种 各向异性的凝聚流体。各向异性的凝聚流体。1890年德国物理学家雷曼发现:这种由固体向液体转化的中间态液体具有和晶体相似的性质液态晶体(液晶)液晶的性质:力学性质:流动性、连续性、可形成液滴光学性质、电
4、磁性质:各向异性(晶体性质)(2)液晶的应用)液晶的应用可可作为显示材料作为显示材料因为液晶分子的排列可以受到电的因为液晶分子的排列可以受到电的 控制而改变其光学性质。控制而改变其光学性质。(3)液晶的分类)液晶的分类热致热致液晶液晶由高分子聚合物加热由高分子聚合物加热 熔化而形成的液晶熔化而形成的液晶溶致溶致液晶液晶由高分子聚合物溶解于由高分子聚合物溶解于 溶剂(如水、硫酸等)溶剂(如水、硫酸等)而形成的液晶而形成的液晶电光效应、温度效应、磁效应、超声效应、辐射效应等电光效应、温度效应、磁效应、超声效应、辐射效应等热致液晶热致液晶向列型液晶胆甾型液晶近晶型液晶二、液体的表面性质二、液体的表面
5、性质表面层:在液体与气体、固体或不相溶合的另一种液体表面层:在液体与气体、固体或不相溶合的另一种液体 的接触面上,形成的一个厚度约为分子力有效的接触面上,形成的一个厚度约为分子力有效 作用距离的薄液层作用距离的薄液层1、表面张力的存在的现象、表面张力的存在的现象ABfCDABfFDC现象1现象2现象3PW使液面收缩的张力就是液体表面张力使液面收缩的张力就是液体表面张力2、表面张力系数的三种定义、表面张力系数的三种定义ABfFDC(1)从力的角度定义表面张力系数从力的角度定义表面张力系数AB平衡时,通过测F来确定f,实验表明:f与F方向相反,F的大小与液面的周界的长度L成正比即:f=L其中,表面
6、张力系数,大小等于液面上作用于单位长度线段上的表面张力本实验中,液膜有两个液面,所以,f=2L=f/2L(2)从外力作功的角度给出表面张力系数的第二种定义)从外力作功的角度给出表面张力系数的第二种定义ABfFDC由(由(1)可知,有力)可知,有力2L作用在作用在AB上。上。要要保持保持AB平衡,须加一外力平衡,须加一外力F,即:即:F=2L假设假设AB 移动一距离移动一距离X,则在这过程中,则在这过程中,F所作的功为:所作的功为:A=F X=2L*X=S=A/S即即等于增加单位表面积时,外力所需作的功等于增加单位表面积时,外力所需作的功(3)从能量的角度给出表面张力系数的第三种定义)从能量的角
7、度给出表面张力系数的第三种定义E=A=S=E/S即即等于增加单位表面积时所增加的表面能。等于增加单位表面积时所增加的表面能。3、影响表面张力系数的因素:、影响表面张力系数的因素:(1)、)、的的大小与液体的种类和成分有关大小与液体的种类和成分有关一般,易挥发的液体其一般,易挥发的液体其值值较小;熔化的金属较小;熔化的金属值很大值很大(2)、)、的大小与温度有关的大小与温度有关T通常相当准确地成线性关系通常相当准确地成线性关系(3)、)、的大小与液体所含杂质有关的大小与液体所含杂质有关有些杂质能使有些杂质能使减小(如肥皂)减小(如肥皂),有些杂质能使,有些杂质能使增大增大表面活表面活性物质性物质
8、现象(1)在水面上撒一些木屑,再在中间滴上一滴肥皂液(2)在水面上撒些樟脑晶粒例题:例题:ab已知:已知:m解:因为实验中,玻璃片解:因为实验中,玻璃片所受表面张力的边界长度所受表面张力的边界长度为:为:L=2a+2b,故故表面张力为:表面张力为:f=L=(2a+2b)=2(a+b)当天平第二次达到平衡时,由力的平衡条件得:当天平第二次达到平衡时,由力的平衡条件得:2(a+b)=mg所以,所以,4、表面张力产生的微观解释、表面张力产生的微观解释(1)从分子力角度:)从分子力角度:蒸汽蒸汽分子在分子在a点、点、b点时完全点时完全不会受液体的作用;不会受液体的作用;分子在分子在c点开始受到点开始受
9、到指向液体的引力;指向液体的引力;分子在分子在e点时受到点时受到的引力达到最大值;的引力达到最大值;分子在分子在g点时受到点时受到周围分子的合的引力为零。周围分子的合的引力为零。表面层表面层液体表面厚度液体表面厚度AN=S(分子作用半径)的一层。分子作用半径)的一层。与与液体内部相比,表面层少了一些吸引它的分子,产生引液体内部相比,表面层少了一些吸引它的分子,产生引力不对称,合力指向液体内部,从而产生表面收缩作用。力不对称,合力指向液体内部,从而产生表面收缩作用。液体表面层中的分子液体表面层中的分子受到的引力指向液内受到的引力指向液内LMAB液体液体abcegNOf(2)从分子数密度:)从分子
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