物理競(jìng)賽課件初級(jí)難度熱力學(xué)

五、液體的性質(zhì)1、液體的微觀結(jié)構(gòu)??液體分子的排列：液體的性質(zhì)介于固體和氣體之間，它像固體那樣具有一定的體積、不易壓縮，又像氣體那樣沒(méi)有一定的形狀、具有流動(dòng)性，在物理性質(zhì)上是各向同性的。液體分子在很小范圍內(nèi)（線度與分子距離同一個(gè)數(shù)量級(jí)），在一個(gè)短暫時(shí)間內(nèi)，排列保持一定的規(guī)則性，即具有近程有序的特點(diǎn)。液體分子的熱運(yùn)動(dòng)：液體分子主要在平衡位置附近作微小振動(dòng)，但是平衡位置不斷轉(zhuǎn)移。液體分子處于每一平衡位置附近的平均時(shí)間稱為定居時(shí)間，其數(shù)量級(jí)在10-10s。定居時(shí)間的長(zhǎng)短與分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度、分子間相互作用力的強(qiáng)弱有關(guān)。液晶某些有機(jī)化合物在加熱時(shí)，并不直接由固態(tài) 變?yōu)橐簯B(tài)，而是要經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)介于固態(tài)與液 態(tài)之間的過(guò)渡狀態(tài)，這種處在過(guò)渡狀態(tài)的物質(zhì)稱 為液晶。液晶的力學(xué)性質(zhì)像是液體，具有流動(dòng)性，液晶的 光學(xué)性質(zhì)像晶體，具有有序性和各向異性。從某 個(gè)方向看，液晶分子排列具有遠(yuǎn)程有序性，從另 一個(gè)方向看，則分子排列較雜亂，只有近程有序 性。液晶只能存在于一定的溫度范圍內(nèi)。液晶的分類(lèi)：向列型、膽葘型、近晶型。液體的徹體性質(zhì)液體的徹體性質(zhì)介于固體與氣體之間，液體的

熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散都與固體的相似，液體的黏滯系數(shù)比氣體的大。熱容：固體熔化前后，固體的熱容和液體的熱容相差很小，但氣態(tài)物質(zhì)的熱容和液態(tài)物質(zhì)的熱容相差很大。對(duì)液體來(lái)說(shuō)，定壓熱容和定容熱容相差較大。熱膨脹：溫度改變量Dt不大時(shí)，體積的相對(duì)增，b為液體的體膨脹系量為：數(shù)。VDV

=

bDt熱傳導(dǎo)：液體的熱傳導(dǎo)機(jī)制和固體的相似，也是靠熱振動(dòng)，將熱量逐層傳遞的。液體

的導(dǎo)熱系數(shù)一般很小。擴(kuò)散：液體中物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)比固體中的稍大，而只有氣體的擴(kuò)散系數(shù)的十萬(wàn)分之一。黏性：液體的黏性系數(shù)比氣體的大得多，

與溫度的關(guān)系也與氣體的截然不同，溫度

越低，黏性系數(shù)越大，正好與氣體的相反。液體的表面性質(zhì)1、表面張力：液體表面有收縮的趨勢(shì)，存在

著一種力，稱為表面張力。表面張力不是由于

彈性形變引起的而是表面內(nèi)分子力作用的結(jié)果。2、表面張力系數(shù)：作用在一線段（長(zhǎng)度為L(zhǎng))的拉力F,方向與線段垂直，大小與線段長(zhǎng)度成正比：，a為液體的F表=面aL張力系數(shù)。注1：從做功的角度來(lái)看，表面張力系數(shù)就等于增加單位表面積時(shí)外力所需做的功。能量變化：E

=Fl

=aLs

=aS注2：從能量角度看，表面張力系數(shù)就是增加單位表面積所增加的表面自由能（表面自由能是在等溫條件下能夠轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的表面內(nèi)能）。注3：表面張力系數(shù)隨溫度升高而減小。雜質(zhì)可以顯著改變表面張力系數(shù)。3、彎曲液面內(nèi)外的壓強(qiáng)差：由于表面張力的存在，來(lái)自液面外部和內(nèi)部所施加的壓強(qiáng)有一定差額，稱為附加壓強(qiáng)。注1：凸液面的附加壓強(qiáng)是正的，凹液面的附加壓強(qiáng)是負(fù)的。注2：如果液面是球形（半徑為R），則附加壓強(qiáng)的大小為：2

aRp

=4、液面與固體接觸面的表面現(xiàn)象潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕：當(dāng)液體對(duì)固體的附著力（液體、固體分子間的互相吸引力）大于液體分子之間的內(nèi)聚力（液體分子之間的互相吸引力）時(shí)，液體潤(rùn)濕固體，反之，液體不潤(rùn)濕固體?？梢詮哪芰康挠^點(diǎn)來(lái)定性解釋潤(rùn)濕現(xiàn)象。接觸角：液體與固體接觸處，分別作液體和固體表面的切線，兩條切線通過(guò)液體內(nèi)部所形成的角度叫接觸角。當(dāng)接觸角為0時(shí)，液體對(duì)固體完全潤(rùn)濕；接觸角等于180度時(shí)，完全不潤(rùn)濕；接觸角在0-90度之間，潤(rùn)濕；在90-180度之間則不潤(rùn)濕。5、毛細(xì)現(xiàn)象：在細(xì)管和細(xì)縫里，由于液面對(duì)固體管壁的潤(rùn)濕（或不潤(rùn)濕），使得液面呈凹（或凸）狀、附加壓強(qiáng)大于（或小于）0，液體必然在細(xì)管或細(xì)縫中升高（或降低），這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。升高或降低的高度為：– a為表面張力系數(shù)，q為接觸角，r為液體密度，

g為重力加速度，r為毛細(xì)管直徑。rgr2a

cosqh

=S=20km2的湖面上，下了使湖面升高

h=50mm的雨，雨滴半徑r=1.0mm。設(shè)溫度不變，求釋放出來(lái)的能量。a=7.3*10-2N/m雨滴總個(gè)數(shù)：3雨滴和湖面表面的液體表面積變化，引起的能量變化：hS4

pr3N

=DE

=

aDS

=

a

(4pr

2

N

+

S

-

S

)

=

21.7

·107

J表面張力例題（160-2）質(zhì)量m=5.0*10^-4kg,寬度l=3.977*10^-2m、厚度d=2.3*10^-4m的銅片放入液體中，慢慢提起銅片，使它大部分露出液面，此時(shí)測(cè)得提拉的力為F=1.07*10^-2N。求液體的表面張力系數(shù)。液面附加壓強(qiáng)的例題（161-5）在深為h=2.0m的水池底部產(chǎn)生的諸多直徑為

d=5.0*10^-5m的氣泡，當(dāng)它們等溫地上升到水面時(shí)，氣泡的直徑有多大？已知水的表面張力系數(shù)為7.3*10^-2N/mF=mg+