液體表面張力與液體表面現(xiàn)象.doc

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1、液體的表面張力與液體的表面現(xiàn)象在日常生活中，只要你稍加留意，就會觀察到許多與液體表面張力有關(guān)的現(xiàn)象。如草葉上晶瑩剔透的露珠，荷葉上滾動著的小水滴，玻璃板上的小水銀滴等，它們?yōu)槭裁炊际乔蛐位蚪魄蛐?？這就是因為液體表面張力的作用結(jié)果。當(dāng)用細(xì)管吹出一個個五彩繽紛的肥皂泡時，在泡膜的表面上就布滿了液體表面張力。用數(shù)學(xué)可以證明，在體積相同的各種形狀的幾何體中，球體的表面積最小。正是由于表面張力的作用，才會出現(xiàn)露珠、小水銀滴等都收縮為球形的現(xiàn)象。你若有機(jī)會觀察護(hù)士給病人輸液，你會看到在輸液之前，護(hù)士總是要把輸液管中的空氣泡排除干凈。不然的話，若讓那些氣泡混入人體血管中，在表面張力的作用下，氣泡將

2、會阻礙血液的正常流動。下面就來分析一下液體的表面張力，以及液體表面現(xiàn)象發(fā)生的原因。1表面張力的成因、大小和方向表面張力就是促使液體表面收縮的力。液體與氣體的交界面（屬于液體薄層），稱為表面層。在表面層中，液體分子因受到液體內(nèi)部分子的引力，而有一部分會被拉入液體內(nèi)，致使表面層液體分子密度小于液內(nèi)分子密度。表面層中液體分子的這種布局，使得液體表面層就像一張“繃緊”的橡皮膜，而具有收縮趨勢。表面層一直處在具有收縮趨勢的表面張力作用之下。這里應(yīng)指出，液體表面張力與橡皮膜張力在本質(zhì)上是不同的。橡皮膜的分子間距會隨著膜面積的增大而增大。而液體表面張力卻不受面積變化的影響，當(dāng)液體表面層面積增大時，液

3、內(nèi)分子會自動進(jìn)入液面來補(bǔ)充，從而維持液面內(nèi)分子間距不變?？梢杂靡粋€很簡單的實驗，來可說明表面張力的存在。取一段銅絲制成一個直徑約的圓環(huán)，在環(huán)上跨系一根細(xì)紅線（用紅線易于觀察）。將環(huán)浸入洗潔精溶液再取出，環(huán)上蒙了一層液膜，這時用粉筆頭輕觸線一側(cè)的液膜，原來自由彎曲的紅線則立即被液膜拉向另一側(cè)，成為一段張緊的弧線。實驗表明，液體表面具有收縮到最小面積的趨勢。同時它還表明，表面張力的方向垂直于任一周界線且與液面相切。理論和實驗表明，表面張力的大小，可用如下公式表示：上式中，稱為表面張力系數(shù)。與液體的種類、溫度等因素有關(guān)。不同的液體，不同；同一種液體，隨溫度升高而減小。另外，也與液體中的雜質(zhì)有

4、關(guān)。因此，當(dāng)人體使用了某些藥物后，血液或尿液的表面張力系數(shù)則會發(fā)生變化。在生活中有許多與表面張力有關(guān)的現(xiàn)象。例如，對人來說，重力有時會造成很大的麻煩。人若不慎從高處落下，可能會被摔得不輕。而小昆蟲一點(diǎn)也不害怕重力，它在落下時一點(diǎn)危險也沒有。但表面張力對某些昆蟲來說則有可能造成很大威脅，小昆蟲有時最怕表面張力。當(dāng)一個成人從浴池中站起時，他身上會帶起厚約的一層水，這些水大約，不到人體重的，這對人來說不會感到有什么負(fù)擔(dān)。即使是人的全身涂滿了肥皂泡沫，其表面張力對人也不會產(chǎn)生任何威脅。而一只蚊子一旦被肥皂泡沫弄濕，它將很危險。這時蚊子將難逃表面張力“法網(wǎng)”。2球形液面的附加壓強(qiáng)（）下面來討論球

5、形液面附加壓強(qiáng)的大小和方向。這里使用球形液面進(jìn)行分析，主要是考慮數(shù)學(xué)處理上的簡便，所得結(jié)論也可以近似地應(yīng)用于非球形的彎曲液面（也稱彎月面）。對于球形液面，由于液面是彎曲的，其表面張力將產(chǎn)生一個附加壓強(qiáng)（用表示）。球形液面附加壓強(qiáng)的大小可以用球面膜的拉普拉斯公式來計算：上式表明，的大小與表面張力系數(shù)成正比，與球面的半徑成反比。附加壓強(qiáng)的方向總是指向球形液面的球心（或是指向彎曲液面的曲率中心）。3氣體栓塞現(xiàn)象液體在細(xì)管中流動時，如果管中有氣泡，液體的流動就會受到一定的阻礙。若氣泡數(shù)量過多，則可能發(fā)生堵塞，液體不能流動，即產(chǎn)生氣體栓塞現(xiàn)象。護(hù)士在給病人輸液時必須排除管路中氣泡，就是基于這個道

6、理。下面運(yùn)用表面張力和附加壓強(qiáng)知識來解釋氣體栓塞是如何形成的。設(shè)液體在細(xì)管中從A向B（從左向右）流動，并設(shè)管兩端的壓強(qiáng)分別為和，且，管兩端壓強(qiáng)差。如果細(xì)管中有一個氣泡，設(shè)氣泡半徑等于細(xì)管的半徑，并且液體仍能流動，由于液體粘滯性以及受到壓強(qiáng)差作用，氣泡左、右兩端面就會發(fā)生形變，左端液面的曲率半徑變大，右端液面的曲率半徑變小。由于彎曲液面附加壓強(qiáng)與液面的曲率半徑成反比，這時左端液面的附加壓強(qiáng)小于右端液面的附加壓強(qiáng)。氣泡兩端面的附加壓強(qiáng)之差為，的方向由B指向A（向右），總與液體流動方向相反。如果此時，這時液體仍可帶動該氣泡一起流動。如果管中有個氣泡，這些氣泡的附加壓強(qiáng)差為。只有當(dāng)時，液體才可

7、能帶動這些氣泡一起流動。如果一旦發(fā)生了的情形，液體將停止流動，從而形成氣體栓塞。在醫(yī)療工作中，要時刻注意避免在人體血管中形成氣體栓塞。4浸潤和不浸潤現(xiàn)象液體跟固體接觸的液體薄層，稱作附著層。在液體跟固體接觸時，會出現(xiàn)兩種情況，一種是液體能附著在固體表面，使附著層擴(kuò)展，這稱為浸潤現(xiàn)象（如水對清潔的玻璃）；另一種是液體不能附著在固體表面，使附著層收縮，這稱為不浸潤現(xiàn)象（如水銀對玻璃）。浸潤和不浸潤現(xiàn)象就是液體和固體接觸時發(fā)生在附著層上的液體表面現(xiàn)象