《凝固科學(xué)基礎(chǔ)：1-3 界面現(xiàn)象》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《凝固科學(xué)基礎(chǔ)：1-3 界面現(xiàn)象（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 界面：相與相間的分界面：相與相間的分界。界。表面（表面（surface）：相）：相鄰相為氣相。鄰相為氣相。界面（界面（interface）：）：相鄰相為凝聚相（液相鄰相為凝聚相（液相和固相）。相和固相）。界面對(duì)微觀行為有重要影響界面對(duì)微觀行為有重要影響 相的表面層通常有相的表面層通常有2 3個(gè)原子距離厚度，其性個(gè)原子距離厚度，其性質(zhì)與本體性質(zhì)不同。質(zhì)與本體性質(zhì)不同。在微觀范疇發(fā)生的一些現(xiàn)在微觀范疇發(fā)生的一些現(xiàn)象，如吸附、附著和催化起著重要的作用。象，如吸附、附著和催化起著重要的作用。例如：一杯水，將細(xì)鋼針輕輕放在水面上。例如：一杯水，將細(xì)鋼針輕輕放在水面上。露珠對(duì)于小小的蚜蟲。露珠對(duì)于小小的

2、蚜蟲。凝固是生成新的界面和界面推移過程。凝固是生成新的界面和界面推移過程。界面對(duì)凝固過程有重要影響，必須了解界面現(xiàn)界面對(duì)凝固過程有重要影響，必須了解界面現(xiàn)象。象。表面張力表面張力（Surface tention,N/m）：表面上單位長(zhǎng)度受：表面上單位長(zhǎng)度受的力。使表面變形需要做功。的力。使表面變形需要做功。由于內(nèi)部分子原子的吸引，在液體自由表面上存在表面張由于內(nèi)部分子原子的吸引，在液體自由表面上存在表面張力是最直觀的物理現(xiàn)象，它使液體表面積趨于最小。力是最直觀的物理現(xiàn)象，它使液體表面積趨于最小。界面自由能界面自由能（Interfacial free energy,J/m2）：?jiǎn)挝幻娣e：?jiǎn)挝幻娣e

3、上的界面能量。上的界面能量。界面具有能量，與界面具有能量，與界面能界面能有關(guān)的物理量：有關(guān)的物理量：表面張力的實(shí)驗(yàn)顯示表面張力的實(shí)驗(yàn)顯示推導(dǎo)：推導(dǎo)：系統(tǒng)自由能系統(tǒng)自由能AGG0，A為系統(tǒng)界面面積。為系統(tǒng)界面面積。設(shè)有界面增量設(shè)有界面增量dA，界面張力做功，界面張力做功 dA。dAdAdAdAdAdG如忽略界面變化引起的本體內(nèi)部原子數(shù)的變化，即：如忽略界面變化引起的本體內(nèi)部原子數(shù)的變化，即：0dAd結(jié)論：結(jié)論：表面自由能為表面自由能為（J/m2）的表）的表面具有大小為面具有大小為（N/m）的表面張）的表面張力。力。在純金屬中已得到證實(shí)。在純金屬中已得到證實(shí)。理解表面能量的形成理解表面能量的形成液

4、態(tài)金屬的表面張力液態(tài)金屬的表面張力 p17 案例案例1.10一般的趨勢(shì)是熔點(diǎn)愈高，表面張力愈大，但一般的趨勢(shì)是熔點(diǎn)愈高，表面張力愈大，但B例外。例外。1 界面能界面能2 Laplace方程方程3 多相界面張力平衡多相界面張力平衡Laplace方程方程 表面張力使曲面一定受到一個(gè)法向力的作用，從表面張力使曲面一定受到一個(gè)法向力的作用，從而造成了指向曲面內(nèi)部的附加壓力而造成了指向曲面內(nèi)部的附加壓力P。表面張力所引起的附加壓力也稱為表面張力所引起的附加壓力也稱為L(zhǎng)aplace力力。凹面上比凸面上高出的壓力凹面上比凸面上高出的壓力P，Laplace方程：方程：)11(21rrPr1，r2為表面觀察點(diǎn)的

5、主曲率半徑，兩者互相垂直。為表面觀察點(diǎn)的主曲率半徑，兩者互相垂直。拉普拉斯公式拉普拉斯公式對(duì)于球形界面，對(duì)于球形界面，r1=r2=RRP2大多數(shù)測(cè)量表面張力的方法都基于大多數(shù)測(cè)量表面張力的方法都基于Laplace方程（見方程（見p18案例案例1.11）Laplace方程的應(yīng)用：方程的應(yīng)用：-最大氣泡壓力法測(cè)量表面張力最大氣泡壓力法測(cè)量表面張力rghp2max更多細(xì)節(jié)請(qǐng)閱讀更多細(xì)節(jié)請(qǐng)閱讀 p18 案例案例1.11Question?金屬液面下金屬液面下h處，半徑為處，半徑為r的球形氣泡的球形氣泡所受總壓力所受總壓力P。Question?金屬液面下金屬液面下h處，半徑為處，半徑為r的球形氣泡的球形氣

6、泡所受總壓力所受總壓力P。rPghPPghPatmatm21 界面能界面能2 Laplace方程方程3 多相界面張力平衡多相界面張力平衡 當(dāng)三個(gè)相相互接觸時(shí)，就出現(xiàn)多相界面張當(dāng)三個(gè)相相互接觸時(shí)，就出現(xiàn)多相界面張力平衡的問題。力平衡的問題。液液-固固-氣相界的界面現(xiàn)象氣相界的界面現(xiàn)象 濕潤(rùn)角濕潤(rùn)角a)90，液體不濕潤(rùn)固體，液體不濕潤(rùn)固體LVSLSVcos接觸角接觸角Question?常見的毛細(xì)現(xiàn)象常見的毛細(xì)現(xiàn)象 將一支毛細(xì)管插入液體中，將一支毛細(xì)管插入液體中，1）如液體濕潤(rùn)毛細(xì)管壁，請(qǐng)畫出管內(nèi)液體界面形）如液體濕潤(rùn)毛細(xì)管壁，請(qǐng)畫出管內(nèi)液體界面形狀；狀；2）相反，若不濕潤(rùn)，情景如何？）相反，若不濕潤(rùn)，情景如何？3）曲面內(nèi)外壓力差如何計(jì)算？）曲面內(nèi)外壓力差如何計(jì)算？Question?常見的毛細(xì)現(xiàn)象常見的毛細(xì)現(xiàn)象1）2）3）曲面內(nèi)外壓力差如何計(jì)算？按）曲面內(nèi)外壓力差如何計(jì)算？按Laplace方程計(jì)算。方程計(jì)算。界面張力平衡，在后續(xù)課中有應(yīng)用界面張力平衡，在后續(xù)課中有應(yīng)用 在充型過程中，在充型過程中，充填狹窄型腔或熔體滲入充填狹窄型腔或熔體滲入砂型砂型；在在結(jié)晶的形核結(jié)晶的形核、陶瓷液相燒結(jié)陶瓷液相燒結(jié)理論中，都理論中，都有涉及。有涉及。End of chapter 1