兰州大学热血教材第八章液体课件.ppt

1、122 一、液体的微观结构一、液体的微观结构1、液体的短程有序、长程无序结构、液体的短程有序、长程无序结构用伦琴射线研究发现，液体分子在很小范围内（几用伦琴射线研究发现，液体分子在很小范围内（几个分子直径线度）在一个短暂的时间内排列保持一个分子直径线度）在一个短暂的时间内排列保持一定的规则性，但不是象晶体那样在很大的范围内排定的规则性，但不是象晶体那样在很大的范围内排列都是有规则，这就是短程有序、长程无序。列都是有规则，这就是短程有序、长程无序。液体的性质介于气体和固体之间，一方面，它象液体的性质介于气体和固体之间，一方面，它象固体那样具有一定的体积，不易压缩，另一方面，它固体那样具有一定的体

2、积，不易压缩，另一方面，它又象气体那样，没有一定的形状，具有流动性，而且，又象气体那样，没有一定的形状，具有流动性，而且，在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性是同它的微观结构决定的。是同它的微观结构决定的。33、热运动、热运动（1）热振动：）热振动：在平衡位置附近振动。在某在平衡位置附近振动。在某一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置上去振动。（上去振动。（2）定居时间定居时间：在一定：在一定T、P下，在平衡下，在平衡位置振动时间的平均值，对液态金属其值为位置振动时间的平均值，对液态金

3、属其值为10-10秒。秒。通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，分子已可以有很大的移动，因而液体在外力作用下流分子已可以有很大的移动，因而液体在外力作用下流动，这就是流动性。（动，这就是流动性。（3）与温度关系与温度关系 温度越高，温度越高，分子运动越激烈，热运动的能量越大，定居时间越短。分子运动越激烈，热运动的能量越大，定居时间越短。2、分子排列、分子排列 分子排列是紧密的，气体分子排列是紧密的，气体d=10-9 m,液体液体d310-10 m。相互作用力大，相互作用力与固体。相互作用力大，相互作用力与固体同数量级。但与固体相比，毕竟

4、松散些。同数量级。但与固体相比，毕竟松散些。4二、液晶二、液晶 某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变为液态，而是要经过一个或几个介于固态和液态为液态，而是要经过一个或几个介于固态和液态之间的状态，这种处在过渡状态的物质称为之间的状态，这种处在过渡状态的物质称为液晶液晶。液晶的特征液晶的特征：流动性、连续性流动性、连续性（液体）（液体）光学、电磁学光学、电磁学各向异性特性（晶体）各向异性特性（晶体）存在范围：存在范围：T1（熔点）（熔点）TT2（清亮点）。（清亮点）。分类分类溶致液晶（高分子聚合物溶解于溶致液晶（高分子聚合物溶解于溶剂而成）溶剂而成）热

5、致液晶（高分子聚合物加热熔热致液晶（高分子聚合物加热熔化而成）化而成）向列型向列型胆甾型胆甾型近晶型近晶型5 向列型向列型 胆甾型胆甾型 近晶型近晶型6向列型液晶简介：向列型液晶简介：分子呈棒状，分子排列方式很象分子呈棒状，分子排列方式很象一把筷子，分子沿上下方向排列整齐，但沿前后左一把筷子，分子沿上下方向排列整齐，但沿前后左右排列可以变动，不规则。右排列可以变动，不规则。加电压可以有动态散射加电压可以有动态散射现象现象可以制作各种显示器件，可以制作各种显示器件，如仪器上数码文字和如仪器上数码文字和图像的显示，电控亮度玻璃窗等。图像的显示，电控亮度玻璃窗等。胆甾型液晶简介：胆甾型液晶简介：它包

6、含许多层分子，每层分子的排它包含许多层分子，每层分子的排列方向相同列方向相同，但相邻两层分子排列稍有旋转夹角约为，但相邻两层分子排列稍有旋转夹角约为15分，这样层层地叠起来形成螺旋结构。这种液晶分，这样层层地叠起来形成螺旋结构。这种液晶有有显著的温度效应显著的温度效应，随温度变化有选择性的反射光，可，随温度变化有选择性的反射光，可探测微电子学中的热点（短路处）检查致冷机的漏热探测微电子学中的热点（短路处）检查致冷机的漏热的，诊断疾病，探测金属材料的缺陷。的，诊断疾病，探测金属材料的缺陷。7近晶型液晶简介：近晶型液晶简介：分子呈棒状，排列成层，各层之间分子呈棒状，排列成层，各层之间的距离可以移动

7、，但分子不会往来于层间，只能在本的距离可以移动，但分子不会往来于层间，只能在本层间移动有序程度和晶体相近，故称为近晶型。层间移动有序程度和晶体相近，故称为近晶型。液晶很早是在液晶很早是在1881年由奥地利植物学家年由奥地利植物学家莱尼莱尼茨尔在应用胆甾醇苯酸脂晶体加热到茨尔在应用胆甾醇苯酸脂晶体加热到145.5到到178.5时发现的。时发现的。1968年人们发现了双折射引起干涉条纹以年人们发现了双折射引起干涉条纹以及动态散射现象后应用就广泛起来了。及动态散射现象后应用就广泛起来了。液晶对各种外界因素很敏感液晶对各种外界因素很敏感（如热，电，磁，光，（如热，电，磁，光，声，应力，气氛，辐射等），

8、因而液晶有电光效应，声，应力，气氛，辐射等），因而液晶有电光效应，磁效应，光生伏特效应，超声效应，应力效应，物磁效应，光生伏特效应，超声效应，应力效应，物理化学效应，辐照效应。理化学效应，辐照效应。82、与固体比较，液体的与固体比较，液体的CP、CV的差异较大的差异较大，这是由于液体的热膨胀系数比固体热膨胀系数这是由于液体的热膨胀系数比固体热膨胀系数大。大。一、热容量一、热容量1、液体的热容量与固体差异小，与气体差异大，液体的热容量与固体差异小，与气体差异大，这是由于液体和固体内部热运动的情况相近，这是由于液体和固体内部热运动的情况相近，而液体和气体内部热运动的情况则相差较大，而液体和气体内部

9、热运动的情况则相差较大，因此可以知道液体中分子的热运动主要形式是因此可以知道液体中分子的热运动主要形式是热振动。热振动。特点：特点：8.2、液体的彻体性质、液体的彻体性质910tVV 温度升高时液体体积增大的现象。温度升高时液体体积增大的现象。原因有两个原因有两个：1、引力与斥力非对称性；、引力与斥力非对称性；2、液体内部孔隙的存在（比如海棉体类型）、液体内部孔隙的存在（比如海棉体类型）叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而增大，随压强的增大而减小。增大，随压强的增大而减小。二、热膨胀：二、热膨胀：规律：规律：1112三、热传导三、热传导 液体热传导的机构

10、与固体近似，靠热振动传递液体热传导的机构与固体近似，靠热振动传递能量（但能量（但很小）。很小）。13kTWkTWeDeD00226161四、扩散四、扩散 液体中的扩散系数液体中的扩散系数D较固体稍大（气体比固体较固体稍大（气体比固体、液体大十万倍），原因是液体中热运动与固体类似、液体大十万倍），原因是液体中热运动与固体类似。自扩散系数：。自扩散系数：-两相邻平衡位置间平均距离；两相邻平衡位置间平均距离；-定居时定居时间；间；0 0-分子振动周期；分子振动周期；WW为分子从一个平为分子从一个平衡位置衡位置另一个平衡位置时的激活能。另一个平衡位置时的激活能。1415kTWe0五、黏性（粘滞性）五、

11、黏性（粘滞性）液体的粘滞系数比气体的大得多，且液体情形液体的粘滞系数比气体的大得多，且液体情形时温度越低粘滞系数越大时温度越低粘滞系数越大,规律为规律为ntac)(而经验公式为而经验公式为0是与温度关系不大的系数。式中常数a c和n对各种液体有不同数值。16171818 一、表面张力与表面能一、表面张力与表面能1、表面张力、表面张力 表面张力是作用于液体表面的，使液体具有表面张力是作用于液体表面的，使液体具有收缩倾向的一种力。收缩倾向的一种力。气体液体液体表面层R0 192：表面张力系数几种表示：表面张力系数几种表示LfLfSASASEASE要注意表面张力系数各种表示的物理要注意表面张力系数各

12、种表示的物理意义。意义。203、表面张力系数与温度的关系、表面张力系数与温度的关系 实验发现：液体的表面张力系数实验发现：液体的表面张力系数与液体的表面与液体的表面积的大小无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温积的大小无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温度的升高而降低。度的升高而降低。ntt）（01式中式中t 是比该液体临界温度低几度的摄氏温度；是比该液体临界温度低几度的摄氏温度；n是是常数，数值在常数，数值在1和和2之间。之间。2121 4、表面活性剂、表面活性剂 能使能使明显变小的物质称为表面活性物质明显变小的物质称为表面活性物质 若一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的表面若一种物质甲能

13、显著地降低另一种物质乙的表面张力，就说甲对乙具有表面活性。张力，就说甲对乙具有表面活性。22 表面层：表面层：液体的表面是一个有一定厚度的薄层，液体的表面是一个有一定厚度的薄层，称为表面层，厚度约为称为表面层，厚度约为S10-9 m,就是分子引力有效距就是分子引力有效距离。离。表面张力表面张力就是表面层内分子力的缘故。就是表面层内分子力的缘故。二、表面层内分子力作用：二、表面层内分子力作用：内部内部表面层表面层 从能量的观点来看，从能量的观点来看，表面自由能表面自由能是在等温条件是在等温条件下表层中所有分子的势能。表面越大，表面层的下表层中所有分子的势能。表面越大，表面层的势能就要增大，反之则

14、要减小，因为势能总是有势能就要增大，反之则要减小，因为势能总是有减小的倾向，因此表面就有收缩的趋势，从而说减小的倾向，因此表面就有收缩的趋势，从而说明表面上存在张力。明表面上存在张力。23三、球形液面内外的压强差三、球形液面内外的压强差 在液体与固体或液体与气体接触的地方，液面都在液体与固体或液体与气体接触的地方，液面都是弯曲的。这时由于表面张力的存在，液面内和液面是弯曲的。这时由于表面张力的存在，液面内和液面外有一压强差，称为附加压强，在凸面的情形，液面外有一压强差，称为附加压强，在凸面的情形，液面内部的压强大于外部的压强，在凹面的情形，液面内内部的压强大于外部的压强，在凹面的情形，液面内部

15、的压强小于液面外部的压强。部的压强小于液面外部的压强。dldfdf1 df2 roSRC凹液面凹液面凸液面凸液面Rp2Rp224推导凸液面时的附加压强推导凸液面时的附加压强Rp2dldfdf1 df2 roSRCsinsin1dldfdfcoscos2dldfdf，dldldf凸液面中通过边线上每一微段凸液面中通过边线上每一微段作用在液块上的表作用在液块上的表分解得分解得:面张力面张力22112sin2sinrpRrrdldff022dff21rpf上面用到平衡条件上面用到平衡条件Rp2,得到：得到：25研究球形液膜研究球形液膜.有内外两个表面，在液膜的外中内有内外两个表面，在液膜的外中内取三

16、点取三点A,B,C,三点的压强是三点的压强是RppAB2RppCB2液膜外表面是凸液面液膜外表面是凸液面液膜内表面是凹液面液膜内表面是凹液面RppAC4Bp从两式中消去从两式中消去最后得到最后得到CBAppp,ABC2626(这是拉普拉斯公式这是拉普拉斯公式)四、四、*任意液面附加压强：任意液面附加压强：)11(21RRp对球形液面，对球形液面，R1=R2,得到球形液面附加压强的公式得到球形液面附加压强的公式对柱形液面对柱形液面,R1=R,R2=,附加压强为附加压强为Rp2Rp27五五、液面与固体接触处的表面现象、液面与固体接触处的表面现象润湿与不润湿润湿与不润湿 一小滴水银在玻璃上总是近似成

17、球形能一小滴水银在玻璃上总是近似成球形能在玻璃上滚动而不附着在上面，这是水银在玻璃上滚动而不附着在上面，这是水银不润湿不润湿玻璃。在无油脂的玻璃板上放一滴玻璃。在无油脂的玻璃板上放一滴水，水不仅不收缩成球形而且要沿着玻璃水，水不仅不收缩成球形而且要沿着玻璃向外扩展附着在玻璃上这是水向外扩展附着在玻璃上这是水润湿润湿玻璃。玻璃。28 润湿和不润湿现象就是液体和固体接触润湿和不润湿现象就是液体和固体接触处的表面现象。是决定于固体和液体的性处的表面现象。是决定于固体和液体的性质，是由固、液分子间的相互吸引力（附质，是由固、液分子间的相互吸引力（附着力）大于或是小于液、液分子间引力着力）大于或是小于液

18、、液分子间引力（内聚力）这种因素决定的。（内聚力）这种因素决定的。29 液体与固体接触处的接触液体与固体接触处的接触角为锐角时，液体润湿固体，角为锐角时，液体润湿固体，接触角为接触角为0，液体将展延在全，液体将展延在全部固体表面上，这叫完全润湿部固体表面上，这叫完全润湿固体，接触角为钝角时液体不固体，接触角为钝角时液体不润湿固体，接触角为润湿固体，接触角为180度，叫度，叫做液体完全不润湿固体。做液体完全不润湿固体。附着力附着力内聚力内聚力接触角接触角固体液体A 如分子如分子A受的内聚力大于附着力，合力指向液体内受的内聚力大于附着力，合力指向液体内部，反抗合力作功，势能增大，因为势能总是有减小

19、部，反抗合力作功，势能增大，因为势能总是有减小的倾向，附着层就有缩小的趋势从而使液体不能润湿的倾向，附着层就有缩小的趋势从而使液体不能润湿固体。反之在附着力大于内聚力，液体分子要尽量挤固体。反之在附着力大于内聚力，液体分子要尽量挤入附着层结果使附着层扩展，从而使液体润湿固体。入附着层结果使附着层扩展，从而使液体润湿固体。30A点压强为点压强为RppA20002ppghRpghppcABB点压强为点压强为六、毛细现象六、毛细现象 润湿管壁的液体在细管里升高而不润湿管壁的液润湿管壁的液体在细管里升高而不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象。体在细管里降低的现象称为毛细现象。研究液体润湿管壁

20、的情况，设细管截面为圆形研究液体润湿管壁的情况，设细管截面为圆形 ABCDhR3131 cosrR grhcos2ghR2因而因而 ，从图中可知，从图中可知，因此液面上升高度如下式因此液面上升高度如下式 因此管子越细，液面上升就越高。这可以用来因此管子越细，液面上升就越高。这可以用来测定液体的表面张力系数。测定液体的表面张力系数。ABCDhR在液体不润湿管壁情形，液面要下降一段距离。在液体不润湿管壁情形，液面要下降一段距离。32BAh例例5如图示如图示,在内半径在内半径r=0.30mm的毛细管中注水，的毛细管中注水，一部分水在管的下端形成一水滴，截形状可以认为是一部分水在管的下端形成一水滴，截形状可以认为是半径为半径为R=3mm的球的一部分，求管中水柱的长度，的球的一部分，求管中水柱的长度，水的表面张力系数为水的表面张力系数为mN/103.72R2RppA20解：解：A 点的压强点的压强PA等于大气压强等于大气压强P0与附加压强与附加压强两者之和两者之和ghppBA，根据流体静力学的基本原理根据流体静力学的基本原理mrRggrRgpphBA3105.5)11(222因而因而rppB20B 点的压强点的压强