水表面特性幻灯片.ppt

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1、水表面特性课件2023/4/121第1页，共12页，编辑于2022年，星期日2.接触相的性质同种物质（如水）与其不相溶的其它液体接触时，因接触液体不同，表面张力(界面张力)明显不同3.温度大多数物质随温度升高而降低；温度趋近于临界温度时，任何物质的皆趋近于零少数物质，如Cd、Cu及其合金，钢液及某些硅酸盐等液态物质的随温度的升高而增加，此反常观象目前还没有一致的解释压力、分散度及运动情况对也有一定的影响4.固体也有，且一般比液态物质有更大的2023/4/122第2页，共12页，编辑于2022年，星期日物 质t/103/(Nm-1)气 氛铜银锡苯冰氧化镁氧化铝云母石英(1010晶面)105075

2、02155.5025185020-1961670114068552712010100090545001030Cu蒸气-真空-真空-真空-2023/4/123第3页，共12页，编辑于2022年，星期日12.3润湿现象润湿现象接触角和杨氏方程接触角和杨氏方程润湿润湿（wetting）固体(液体)表面的气体被液体取代的过程润湿的类型润湿的类型可按润湿程度的深浅分为三类沾湿（adhesive wetting）Ga=s-L-（s-g+L-g）0自发浸湿（immersion wetting）Gi=s-L-s-g 0自发铺展（spreading）Gs=s-L+L-g-s-g 0自发三种润湿的比较铺展最难，浸

3、湿次之，沾湿最易。对某个指定系统，一定T、p下，若能发生铺展，必能浸湿，更易沾湿2023/4/124第4页，共12页，编辑于2022年，星期日接触角接触角定义定义固-液界面的水平线与气-液界面在O点的切线之间夹角，称为接触角（contact angle）或润湿角。图中O点为气、液、固三相的会合点，也可视为三个相界面投影图的交点 B B G-l G-l s-g s-g C O A s-L C O A s-L (a)润湿 (b)不润湿2023/4/125第5页，共12页，编辑于2022年，星期日杨氏方程杨氏方程1805年杨氏(TYoung)引入三种力同时作用于O点处液体分子：s-g力图把液体分子拉

4、向左，以覆盖更多固-气界面；s-L拉向右，缩小固-液界面；L-g拉向液面的切线方向，缩小液-气液界面。液滴不动，三种力平衡s-g=s-L+L-gcos或 cos=（s-g-s-L）/L-g 讨论一定T、p下(1)=90，cos=0，s-g=s-L，液体覆盖(润湿)固体表面的G=0，系统处于润湿与否的分界线(2)90，cos0，s-gs-L，液体覆盖固体表面时的G=s-l-s-g0。过程不可能进行，液体趋于缩小固液界面，90时为不润湿。例，荷叶上的小液滴，玻璃管中的水银 2023/4/126第6页，共12页，编辑于2022年，星期日(3)90，cos0，s-gs-L，液体覆盖固体表面的G=s-L

5、-s-g0。过程有自动进行的推动力，液体趋于自动地扩大固液界面，实际的90，称润湿。愈小，润湿性能愈好。例，洁净玻璃上的水滴(4)可能出现cos=(s-g-s-L)/L-g1的情况。数学上不可能，实际上可能发生，且是最高层次的润湿铺展。杨氏方程不再适用杨氏方程的适用条件（s-g-s-L）/L-g1。在杨氏方程适用的范围内，故可用接触角的大小来衡量润湿性能的优劣2023/4/127第7页，共12页，编辑于2022年，星期日12.4弯曲波面的一些现象弯曲波面的一些现象12.4.1弯曲波面的附加压力弯曲波面的附加压力拉普拉斯方程拉普拉斯方程附加压力的成因附加压力的成因一定外压下，水平液面下液体所承受

6、的压力等于外界压力，弯曲液面下的液体，不仅要承受外界的压力，而且还要受到附加压力p的影响。弯曲液面所以会产生p，是表面张力存在，使任何液面都有尽量紧缩而减小表面积的趋势p的大小与液面的曲率半径r有关，现推导二者关系拉普拉斯方程拉普拉斯方程推导pL pL 小液滴 液 体 pg2023/4/128第8页，共12页，编辑于2022年，星期日大液面上活塞压力为 pL，气相压力为pg。pL=p+pgp=pL pg 该式即附加压力(additional pressure)p定义式凸液面，p0，凹液面（如水中的小气泡），p 0活塞下移，大容器液体体积减小dV，小液滴增加dV。液体净得功Wr=pLdV-pgd

7、V=pdV此功转化为表面积增加dA而增加的表面吉布斯函数dApdV=dA,或p=dA/(dV)由A=4r2及V=(4/3)r3p=2/r此即拉普拉斯(Laplace)方程，适用于曲率半径为r的液滴或气泡的附加压力的计算2023/4/129第9页，共12页，编辑于2022年，星期日讨论讨论因永有0凸波面p(pLpg)0，p 为正值，故r0凹液面p(pLpg)0，p 为负值，故r0水平波面r，p0对空气中的小气泡 p=4/r p绝对值的大小与弯曲波面的曲率半径绝对值成反比，其方向指向曲率半径的中心，液面的曲率半径愈小，其表面效应愈明显2023/4/1210第10页，共12页，编辑于2022年，星期

8、日补充：关于毛细现象补充：关于毛细现象定义液体在毛细管中上升或下降现象公式设：r为曲面的曲率半径，为接触角，R为毛细管半径时r p=2/r=gh R 所以 h=2/(gr)cos=R/r h=2cos/(gR)2023/4/1211第11页，共12页，编辑于2022年，星期日思考题思考题1.试解释非极性液体的表面张力一般小于极性液体2.如下图示，两根毛细管中分别装有两种不同的液体，左边一种可润湿管壁，右边一种不润湿，若分别在两管的左端加热，液体将分别如何移动？3.如下图，一玻璃管两端各有一大小不等的肥皂泡。当开启活塞使两泡相通时，试问两泡将如何变化？为什么？作业作业P6371，2，32004年5月26日5154（含二节习题课）到此止2023/4/1212第12页，共12页，编辑于2022年，星期日