Khóa luận tốt nghiệp hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA V T LÝ NGUYỄN THỊ HUYỀN HIỆN TƢỢNG CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG KHÓA LU N TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng HÀ NỘI - 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA V T LÝ NGUYỄN THỊ HUYỀN HIỆN TƢỢNG CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG KHÓA LU N TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Đào Công Nghinh HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “ Hiện tượng căng mặt chất lỏng” hoàn thành với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình, chu đáo thầy giáo- TS Đào Công Nghinh thầy cô tổ Vật lý đại cƣơng khoa Vật lý trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ q báu q thầy cơ, đồng thời xin chân thành cảm ơn thƣ viện trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành đề tài Trong trình nghiên cứu, thân sinh viên bƣớc đầu làm quen với phƣơng pháp nghiên cứu khoa học nên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế Vì tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp q thầy bạn để đề tài đƣợc hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung tơi trình bày khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Hiện tượng căng mặt chất lỏng” kết nghiên cứu thân với hƣớng dẫn thầy giáo - TS Đào Công Nghinh Những nội dung khơng trùng với kết nghiên cứu tác giả khác Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2017 Sinh viên Nguyễn Thị Huyền MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 6.Cấu trúc khóa luận .2 NỘI DUNG Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 1.1 Tìm hiểu sơ lƣợc cấu trúc tính chất chất lỏng 1.1.1 Tính chất chất lỏng 1.1.2 Cấu trúc chất lỏng 1.2 Hiện tƣợng căng mặt chất lỏng 1.2.1 Hình cầu tác dụng phân tử 1.2.2 Lực căng mặt chất lỏng 1.2.2.1 Định nghĩa 1.2.2.2 Năng lượng tự 1.2.3 Suất căng mặt 1.2.4 Một số tượng căng mặt 1.2.4.1 Sự tạo thành giọt chất lỏng chảy khỏi ống nhỏ 1.2.4.2 Màng xà phòng 1.3 Hiện tƣợng dính ƣớt, khơng dính ƣớt 1.3.1 Hiện tượng dính ướt 1.3.2 Hiện tượng khơng dính ướt 10 1.3.3 Giải thích số tượng thực tế .11 1.4 Áp suất phụ gây mặt khum chất lỏng 12 1.4.1 Định nghĩa áp suất phụ 12 1.4.2 Biểu thức áp suất phụ 12 1.5 Hiện tƣợng mao dẫn 14 Chƣơng MỘT SỐ DẠNG BÀI T P VỀ HIỆN TƢỢNG CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 18 2.1 Phân loại phƣơng pháp giải 18 2.1.1 Dạng 1:Tính lực căng bề mặt chất lỏng 18 2.1.1.1 Phương pháp giải 18 2.1.1.2 Bài tập vận dụng 18 2.1.2 Dạng 2:Tính lượng mặt chất lỏng 19 2.1.2.1 Phương pháp giải .19 2.1.2.2 Bài tập vận dụng .20 2.1.3 Dạng 3: Bài toán tượng nhỏ giọt chất lỏng .21 2.1.3.1 Phương pháp giải .21 2.1.3.2 Bài tập vận dụng .21 2.1.4 Dạng 4:Bài tốn áp suất phụ cơng thức laplace 22 2.1.4.1 Phương pháp giải .22 2.1.4.2 Bài tập vận dụng .23 2.1.5 Dạng 5: Bài toán tượng mao dẫn .24 2.1.5.1 Phương pháp giải .24 2.1.5.2 Bài tập vận dụng .24 2.2 Bài tập tổng hợp 26 KẾT LU N 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật lý phân tử nhiệt học có nhiệm vụ tìm hiểu cấu tạo phân tử vật chất vận dụng hiểu biết để giải thích tính chất vĩ mơ vật chất liên quan đến chuyển động phân tử.Vật chất tồn ba trạng thái: rắn, lỏng, khí Vật lý phân tử nhiệt học nghiên cứu trạng thái vật chất, dạng khác vật chất có tính chất đặc trƣng riêng Và chất lỏng có tính chất đặc biệt – tƣợng căng mặt ngồi Những tính chất giúp ta giải thích đƣợc nhiều tƣợng đời sống kĩ thuật nhƣ: nhện đứng n mặt nƣớc mà khơng bị chìm? Tại bề mặt nƣớc chỗ tiếp xúc với thành bình thành ống khơng phẳng ngang, mà lại bị uốn cong thành mặt khum? Tại mức nƣớc bên ống nhỏ lại dâng cao mặt nƣớc bên ống? Nhận thấy nghiên cứu chất lỏng có ý nghĩa quan trọng việc giải thích tƣợng sống giải tập Đặc biệt, toán chất lỏng tốn hay, khơng thể thiếu chƣơng trình vật lý đại cƣơng, gắn liền với thực tiễn Vì thế, tơi định chọn đề tài nghiên cứu “hiện tƣợng căng mặt chất lỏng” Với mục đích tìm hiểu sâu chất lỏng, phân loại hệ thống kiến thức chất lỏng, tạo niềm say mê, yêu thích giải tập Từ vận dụng kiến thức vào thực tiễn, nâng cao trình độ khoa học thân, bƣớc đầu làm quen với nghiên cứu khoa học Mục đích nghiên cứu Nắm vững kiến thức tƣợng căng mặt chất lỏng, phân loại giải toán phần này, biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn kĩ thuật,thấy đƣợc tác dụng môn học với thực tế Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng: tập tƣợng căng mặt chất lỏng - Phạm vi: vấn đề tƣợng căng mặt chất lỏng Nhiệm vụ nghiên cứu Hệ thống hóa lý thuyết tập, phân loại dạng tập phƣơng pháp giải loại Vận dụng kiến thức để giải thích số tƣợng sống Phƣơng pháp nghiên cứu - Đọc nghiên cứu tài liệu - Sƣu tầm, phân loại giải tập tƣợng căng mặt chất lỏng 6.Cấu trúc khóa luận Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng MỘT SỐ DẠNG BÀI T P VỀ HIỆN TƢỢNG CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG KẾT LU N NỘI DUNG Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu sơ lƣợc cấu trúc tính chất chất lỏng 1.1.1 Tính chất chất lỏng Chất lỏng trạng thái trung gian trạng thái khí trạng thái rắn Nén khí áp suất cao làm khí hóa lỏng Giảm nhiệt độ, làm chất lỏng hóa rắn Ở nhiệt độ xác định có chuyển trạng thái từ chất lỏng sang chất rắn (q trình đơng đặc) từ chất lỏng sang chất khí (q trình ngƣng tụ) Ở nhiệt độ đơng đặc chất lỏng có nhiều tính chất giống chất rắn hơn: chẳng hạn nhiệt dung riêng chất lỏng nhiệt độ gần nhiệt độ đơng đặc có giá trị gần nhiệt dung riêng rắn tƣơng ứng 1.1.2 Cấu trúc chất lỏng So với chất khí, khoảng cách phân tử chất lỏng bé nhiều Vậy chất lỏng phải tồn áp suất nội i nhƣ chất khí � �2 thực Vì thể tích riêng chất lỏng nhỏ hàng nghìn lần so với chất khí, nên giá trị áp suất nội chất lỏng lớn Ví dụ: áp suất nội nƣớc vào bậc pi = 17.000 at Áp suất nội tƣơng tác phân tử nên ta gọi áp suất phân tử So với chất rắn phân tử chất lỏng dao động quanh vị trí cân nhƣng chúng khơng gắn bó vĩnh viễn với vị trí cân nhƣ chất rắn, mà thình thoảng chúng thay đổi vị trí cân bằng, cách trƣợt đoạn vào khoảng kích thƣớc phân tử Khoảng thời gian mà phân tử tồn vị trí cân lớn nhiệt độ chất lỏng thấp Trong đồ thị diễn tả tƣơng tác hai phân tử, ta có đƣờng lƣợng toàn phần nằm dƣới miệng hố (gần miệng hố) Phân tử B