《表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、浮力、表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象尤 明 慶2008 年 10 月 19 日 1） 引 言2） Pascal 原 理3) Bernoulli 方 程4） 虹 吸 現(xiàn) 象 （ Siphonage)5) 結(jié) 束 語(yǔ)Pascal 原 理 及 Bernoulli 方 程復(fù) 習(xí) 靜 水 壓 力 力 是 物 體 之 間 的 相 互 作 用 壓 力 是 流 體 內(nèi) 部 單 位 面 積 的 的 作 用 力 壓 力 垂 直 于 作 用 面 流 體 壓 力 與 位 置 有 關(guān) ， 與 方 向 無(wú) 關(guān) ， 即 ： 同 一 位 置 ， 各 個(gè) 方 向 的 壓 力 相 等 力 的 單 位 是 Newton， 符 號(hào) N; 壓 力

2、 的 單 位 是 Pascal ， 符 號(hào) Pa; 1 N =1 kg m/s2, 1 Pa = 1N/m2, 1 MPa = 10 6 Pa 單 位 符 號(hào) 的 確 定 規(guī) 則 Pascals law or Pascals principle A change in the pressure of an enclosed incompressible fluid is conveyed undiminished to every part of the fluid and to the surfaces of its container P = g HFrom Wikipedia, the

3、free encyclopedia The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by: Pascals law or Pascals principle高 度 變化 所 引起 的 壓力 差 異 P = g H The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by: S PA = S PB+g（ HB - H A)S力 平 衡

4、方 程PAPB HB Pascals law or Pascals principle高 度 變化 所 引起 的 壓力 差 異 P = g HPAPB S PA = S PB+g（ HB - H A)S力 平 衡 方 程HBPA +g H A = PB + gHB靜 止 流 體重 力 勢(shì) 能與 壓 力 能總 和 守 恒 煙 囪 的 作 用P A PB PBP外 =冷 gH， 大P內(nèi) =熱 gH ， 小假 如 不 流 動(dòng) ：煙 囪 出 口 處熱 空 氣 壓 力較 高 ， 因 而壓 力 也 是 能 量 ， 其 來(lái) 源 是 煙 囪 的 作 用P A PB PB礦 井 自 然通 風(fēng) 系 統(tǒng)冬 天夏 天

5、壓 力 也 是 能 量 ， 其 來(lái) 源 是 Bernoulli 方 程PA +g H A = PB + gHB靜 止 流 體重 力 勢(shì) 能與 壓 力 能總 和 守 恒 PHV流 體 從 水 面 到 出 口 將重 力 勢(shì) 能 轉(zhuǎn) 換 為 壓 力能 ， 再 將 壓 力 能 轉(zhuǎn) 換為 動(dòng) 能 Bernoulli 方 程 PHP +g H + V 2 /2 = 常 數(shù)不 考 慮 流 動(dòng) 的 損 失 ， 重 力 勢(shì) 能 、壓 力 能 和 動(dòng) 能 的 總 和 守 恒流 體 從 水 面 到 出 口 將重 力 勢(shì) 能 轉(zhuǎn) 換 為 壓 力能 ， 再 將 壓 力 能 轉(zhuǎn) 換為 動(dòng) 能 gHV 2 出流速度 出 流

6、 是 一 個(gè)準(zhǔn) 靜 態(tài) 過(guò) 程與 自 由 落 體運(yùn) 動(dòng) 的 速 度完 全 相 同 Bernoulli 方 程 PHP +g H + V 2 /2 = 常 數(shù)不 考 慮 流 動(dòng) 的 損 失 ， 重 力 勢(shì) 能 、壓 力 能 和 動(dòng) 能 的 總 和 守 恒gHV 2 出流速度 沿 程 阻 力 損 失局 部 阻 力 損 失流 體 能 量P +g H + V 2 /2 實(shí) 際 上 逐 步 降 低gHV 2 Bernoulli 方 程 PHgHV 2 出流速度沿 程 阻 力 損 失局 部 阻 力 損 失流 體 能 量P +g H + V 2 /2 實(shí) 際 上 逐 步 降 低gHV 2沿 程 阻 力 損

7、失 ： 沿 直 管 流 動(dòng) ， 流 體 與 管 壁 摩 擦引 起 的 ， 與 管 徑 成 反 比 ， 與 動(dòng) 能 成 正 比 ， 比 例系 數(shù) 與 流 體 、 管 道 粗 糙 特 征 等 有 關(guān) 。 Bernoulli 方 程 PHgHV 2 出流速度沿 程 阻 力 損 失局 部 阻 力 損 失流 體 能 量P +g H + V 2 /2 實(shí) 際 上 逐 步 降 低gHV 2局 部 阻 力 損 失 ： 因 流 體 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 大 小 和 方 向改 變 而 引 起 的 能 量 損 失 ， 與 動(dòng) 能 成 正 比 ， 比 例系 數(shù) 與 流 體 、 管 道 （ 速 度 改 變 ） 特 征 等

8、 有 關(guān) 。 用 塑 料 水 管 澆 花 ， 縮 小 其 出 口面 積 能 使 水 流 噴 到 更 遠(yuǎn) 的 地 方 一 般 的 說(shuō) 法 是 ， 面 積 減 小 ， 速度 增 大 ， 因 而 可 以 噴 得 更 遠(yuǎn) 。 說(shuō) 這 句 話 時(shí) ， 實(shí) 際 上 心 中 有 這樣 的 一 個(gè) 認(rèn) 識(shí) ： 改 變 出 口 面 積時(shí) 水 管 的 出 流 量 不 變 。 不 過(guò) ， 若將管子 完全捏住 ，流量等于0 ，速度？！澆 花 水 的 塑 料 管 減 小 出 口 面 積 ， 增 大 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 流 動(dòng) 阻 力 ，因 而 流 量 減 小 ； 出 口 面 積 為 零 ， 流 量 為 零 。 流 量

9、減 小 ， 水 到 達(dá) 出 口 處 的 壓 力 損 失 就 減 小 ，使 得 出 口 處 的 壓 力 增 大 ； 流 量 為 零 ， 出 口 處壓 力 - - 出 口 處 壓 力 增 大 ， 噴 出 速 度 就 有 可 能 增 大 ，水 流 也 就 有 可 能 噴 到 更 遠(yuǎn) 的 地 方 。 不 過(guò) - -澆 花 水 的 塑 料 管 水 暖 為 什 么 由 上 而 下 供 應(yīng) 用 用 戶利 用 流 體 的 重 力 勢(shì) 能 克 服 流 動(dòng) 阻 力 虹 吸 ： 利 用 曲 管 將 液 體 經(jīng) 高于 液 面 的 地 方 引 向 低 于 液 面A siphon is a continuous tube

10、 that allows liquid to drain from a reservoir through an intermediate point that is higher than the reservoir, the flow being driven only by the difference in hydrostatic pressure without any need forPumping. It is necessary that the final end of the tube be lower than the liquid surface in the rese

11、rvoir. 有 什 么 用 途 ？ 水往低處流是內(nèi)因，本性; 大氣壓是外因，環(huán)境；而曲管內(nèi)充滿水是觸發(fā)條件，機(jī)遇！A O BH* H*A O B虹 吸 現(xiàn) 象1） 金 魚(yú) 缸 換 水2） 當(dāng) 年 吃 車 加 油3） 清 洗 豬 肺 4） 等 等 虹 吸 現(xiàn) 象 A OOA OO B A OO B戒杯量變引起質(zhì)變質(zhì)變不可逆轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)隱蔽難知A O BB貪 辭 海 , 縮 印本 上 海 辭 書(shū) 出 版社 1999年 定 價(jià) 230元 虹 吸 現(xiàn) 象 ：裝 置 通 常 處 在 大氣 中 ， 但 即 使 兩貯 水 器 液 面 為 真空 ， 虹 吸 現(xiàn) 象 也能 實(shí) 現(xiàn) 辭 海 2244頁(yè) H* H*

12、？ ？ 鴛 鴦 壺 本 實(shí) 用 新 型 涉 及 一 種 可 以 盛 裝 各 種 液 體的 鴛 鴦 壺 ， 由 壺 體 、 壺 嘴 、 壺 把 和 壺 蓋 組 成 。壺 體 內(nèi) 由 隔 板 分 隔 成 兩 個(gè) 空 腔 ， 并 分 別 與 通往 壺 嘴 的 通 液 道 相 通 ， 在 壺 體 頂 部 設(shè) 有 加 液孔 ， 壺 把 上 設(shè) 有 進(jìn) 氣 孔 ， 使 用 時(shí) 可 隨 意 選 擇壺 內(nèi) 任 一 種 液 體 。 該 鴛 鴦 壺 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 造 型美 觀 、 制 造 容 易 、 成 本 低 ， 使 用 方 便 ， 特 別適 合 于 家 庭 、 食 堂 、 餐 廳 使 用 。申 請(qǐng) 專

13、利 號(hào) CN90200662.2專 利 申 請(qǐng) 日 1990.01.16名 稱 鴛 鴦 壺申 請(qǐng) （ 專 利 權(quán) ） 崔 富 勝實(shí) 用 新 型Mandarin duck 浮力、表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象 引 言 浮 力 定 律 表 面 張 力 毛 細(xì) 現(xiàn) 象 結(jié) 語(yǔ) 液 體 對(duì) 各 個(gè) 方 向 都有 壓 力 ， 而 壓 力 隨深 度 線 性 增 加 。 浮 力 是 液 體 壓 力 對(duì)固 體 表 面 作 用 的 合力 ， 等 于 物 體 所 排開(kāi) 液 體 的 重 量液 體 的 浮 力 力在豎直方向分解 液 體 對(duì) 各 個(gè) 方 向 都有 壓 力 ， 而 壓 力 隨深 度 線 性 增 加 。 浮 力 是 液

14、 體 壓 力 對(duì)固 體 表 面 作 用 的 合力 ， 等 于 物 體 所 排開(kāi) 液 體 的 重 量 約 在 公 元 200年 三國(guó) 時(shí) 曹 沖 稱 象公 元 前 約 200年 ，阿 基 米 德 利 用 浮力 替 國(guó) 王 確 定 王冠 的 含 金 量液 體 的 浮 力 冰 密 度 小 于 水 （ 隨 結(jié) 構(gòu) 變 化 ） ， 冰山 露 出 水 面 部 分 為 總 體 積 的 1/71/5， 所 謂 冰 山 的 一 角 。 融 化 后 正 好 充 填 其 水 下 部 分 的 體 積 ，不 會(huì) 引 起 水 面 的 上 升 。 南 極 洲 的 冰 架 壓 在 陸 地 上 ， 斷 裂 跌入 海 中 時(shí) 海

15、 平 面 就 上 升 了 ， 并 不 要等 到 冰 山 融 化 。液 體 的 浮 力 魚(yú) 通 過(guò) 給 鰾 充 氣 或 放 氣 改 變 體 積調(diào) 整 浮 力 。 潛 水 艇 利 用 浮 力 定 律 時(shí) 必 須 要 求 物 體 表面 都 承 受 液 體 的 壓 力 。 如 果 潛 艇 伏 底 在 淤 泥 中 ， 就 有 會(huì)失 去 下 方 的 壓 力 ， 從 而 被 壓 死 永遠(yuǎn) 不 能 浮 出 水 面 。 液 體 的 浮 力 3 處 錯(cuò) ！ 阿 基 米 得 為 世 人 所 熟 知的 故 事 是 浮 力 定 律 的 發(fā) 現(xiàn) 。有 一 天 他 從 澡 盆 里 跳 出 來(lái) ，跑 到 大 街 上 大 喊

16、： “ 我 找 到了 ！ ” 因 為 他 坐 進(jìn) 澡 盆 時(shí) ，看 見(jiàn) 了 水 從 盆 緣 溢 流 出 來(lái) ，于 是 想 出 了 計(jì) 算 制 作 國(guó) 王 皇冠 用 了 多 少 黃 金 的 方 法 把 皇 冠 放 入 注 滿 水 的 容 器 中 ，溢 出 水 的 體 積 相 當(dāng) 于 皇 冠 的體 積 。 這 就 是 人 盡 皆 知 的 浮力 定 律 。 浮 心 ： 浮 力 的 作 用 點(diǎn) 浮 體 的 位 置 和 穩(wěn) 定 性 球 體 圓 柱 體 正 方 體 等 等 分 子 之 間 存 在 引 力 ， 液 體 內(nèi) 部 每一 個(gè) 分 子 都 受 到 周 圍 分 子 的 引 力 ，處 于 平 衡 狀 態(tài)

17、 。 但 邊 界 處 的 分 子 只 受 到 內(nèi) 部 分 子的 引 力 ， 呈 收 縮 趨 勢(shì) ， 存 在 一 種張 力 。 荷 葉 上 的 水 滴 、 浮 在 水 面上 的 硬 幣 就 是 表 面 張 力 的 作 用 。表 面 張 力 不 沾 濕 昆 蟲(chóng) 在 水 面 上 行 走 Surface tension： Robert Anderson 光 的 干 涉 條 紋顯 示 水 面 高 度的 微 小 變 化 分 子 之 間 存 在 引 力 ， 液 體 內(nèi) 部 每一 個(gè) 分 子 都 受 到 周 圍 分 子 的 引 力 ，處 于 平 衡 狀 態(tài) 。 但 邊 界 處 的 分 子 只 受 到 內(nèi) 部

18、分 子的 引 力 ， 呈 收 縮 趨 勢(shì) ， 存 在 一 種張 力 。 荷 葉 上 的 水 滴 、 浮 在 水 面上 的 硬 幣 就 是 表 面 張 力 的 作 用 。表 面 張 力 表 面 張 力 是 出 現(xiàn) 在 液體 表 面 的 張 力 ， 并 不是 作 用 在 表 面 的 張 力 。其 起 因 實(shí) 際 上 是 界 面所 造 成 的 不 對(duì) 稱 液 體 表 面所 接 觸 的有 固 體 和氣 體 肥 皂 泡 因 表 面 張 力 才 存在 。 半 徑 R 肥 皂 泡 ， 有兩 層 表 面 ， 都 產(chǎn) 生 張 力 。內(nèi) 部 壓 力 P2 大 于 肥 皂 液壓 力 P1， 而 P1 又 大 于 大

19、氣 壓 P0 P2P0 P1(P2 P1 ) R2 2RT(P 1 P0 ) R2 2RT 吹肥皂泡的少年法夏爾丹 P 2 P1P2 P0 4T / R 表 面 張 力 肥 皂 泡 因 表 面 張 力 才 存在 。 半 徑 R 肥 皂 泡 ， 有兩 層 表 面 ， 都 產(chǎn) 生 張 力 。內(nèi) 部 壓 力 P2 大 于 肥 皂 液壓 力 P1， 而 P1 又 大 于 大氣 壓 P0 P2P0 P1吹肥皂泡的少年法夏爾丹 P2 P1P2 P0 4T / R表 面 張 力 20 時(shí) 水 的 表面 張 力 系 數(shù) 為0.073N/m。 肥 皂 液 的 表 面 張 力 系 數(shù) 較 小 固 體 分 子 對(duì)

20、液 體 分 子 的 引 力大 于 液 體 分 子 之 間 的 引 力 ，則 稱 液 體 對(duì) 固 體 是 沾 濕 的 ，如 水 對(duì) 玻 璃 ， 柴 油 對(duì) 鐵 皮 ；反 之 稱 為 不 沾 濕 的 ， 如 水 銀對(duì) 玻 璃 ， 水 對(duì) 荷 葉 。 液體對(duì)固體的沾濕和不沾濕 柴 油 對(duì) 鐵 皮 的 沾 濕 ： 危 害 與 防 治 一 個(gè) 細(xì) 玻 璃 管 插 入 水 中 ， 水面 會(huì) 上 升 。 其 原 因 是 玻 璃 管壁 對(duì) 水 分 子 的 引 力 大 于 水 分子 之 間 的 引 力 。 這 在 玻 璃 管的 內(nèi) 外 表 面 都 能 看 到 。2r T cos r hg h 2T cos /g

21、 r 直 徑 1 mm 的 干 凈 管 子 內(nèi) ，水 面 可 上 升 30 mm毛細(xì)現(xiàn)象 纖 維 將 水 從 下 方 引 到 高 處 Dehra Dun-Waterfall at Sahastradhara generated by upward capillary action 土 地 的 鹽 堿 化 源 于 毛 細(xì) 現(xiàn) 象 抽 吸 地 下 水灌 溉 以 及 水 庫(kù) 會(huì) 引 起 地 下 水上 升 ， 如 果 達(dá) 到 土 壤 毛 細(xì) 作用 范 圍 ， 蒸 發(fā) 就 會(huì) 使 地 下 水持 續(xù) 上 升 ， 水 被 蒸 發(fā) ， 留 下礦 物 質(zhì) ， 引 起 土 地 鹽 堿 化 。植 樹(shù) 、 治 沙 與 土 地 荒 漠 化 土 地 的 鹽 堿 化 源 于 毛 細(xì) 現(xiàn) 象 抽 吸 地 下 水 祝 大 家學(xué) 習(xí) 愉 快萬(wàn) 事 如 意 祝 大 家學(xué) 習(xí) 愉 快萬(wàn) 事 如 意