Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 5 GV nguyễn như xuân

Cấu tạo và chuyển động phân tử của chất lỏng - Các phân tử chất lỏng nằm gần nhau gấp 10 lần so với trong các chất khí ở áp suất tiêu chuẩn nhưng luôn luôn dịch chuyển hỗn loạn theo các

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƯ

BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂN

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2

Chương 5: CHẤT LỎNG

 Cấu tạo và các hiện tượng mặt ngoài của chất lỏng

 Hiện tượng mao dẫn

 Bài tập chất lỏng

I Cấu tạo và các hiện tƣợng mặt ngoài của chất lỏng

1 Cấu tạo và chuyển động phân tử chất lỏng

a Trạng thái lỏng của các chất

- Chất lỏng là trạng thái trung gian của chất khí và chất rắn

- Ở những nhiệt độ xác định có sự chuyển trạng thái từ chất lỏng sang chất rắn (quá trình đông đặc), từ chất lỏng sang chất khí(quá trình ngưng tụ)

- Ở trạng thái bình thường chất lỏng lại có những tính chất khác thường so với chất rắn và chất khí

b Cấu tạo và chuyển động phân tử của chất lỏng

- Các phân tử chất lỏng nằm gần nhau gấp 10 lần so với trong các chất khí ở áp suất tiêu chuẩn nhưng luôn luôn dịch chuyển hỗn loạn theo các hướng do chuyển động nhiệt

- Theo quan điểm thống kê, các phân tử chất lỏng mỗi phân tử cũng dao động xung quanh VTCB nhưng chúng không gắn bó vĩnh viễn ở vị trí ấy mà "thỉnh thoảng" lại thay đổi VTCB, di chuyển đi một đoạn độ dài vào cỡ kích thước phân tử

- Khoảng thời gian mà mỗi phân tử có thể tồn tại ở một VTCB nào đấy sẽ càng lớn khi nhiệt độ chất lỏng càng thấp

kT W

Năng lượng dao động của phân tử

2 Áp suất phân tử chất lỏng

-Các phân tử chất lỏng sắp xếp gần nhau để lực hút giữa chúng có cường độ khá lớn

- Lực hút này giảm nhanh theo khoảng cách, khoảng cách ro đủ lớn

có thể bỏ qua lực hút giữa các phân tử Khoảng cách ro này được gọi

là bán kính tương tác, còn mặt cầu có bán kính r o được gọi là mặt cầu tương tác (mặt cầu bảo vệ)

hướng vào trong chất lỏng

Gây ra áp suất phân tử (nội áp trong

PT Vandecvan)

3 Năng lƣợng mặt ngoại và sức căng mặt ngoài của chất lỏng

sung Phần năng lượng bổ sung này được gọi là năng lượng bề mặt của chất lỏng

- Năng lượng mặt ngoài tỷ lệ với diện tích mặt ngoài của chất lỏng

S

- Khi hệ đạt trạng thái cân bằng bền thì thế năng đạt cực tiểu do đó

một giọt chất lỏng không chịu tác dụng của các tác nhân bên ngoài sẽ

có dạng sao cho mặt thoáng của nó có diện tích nhỏ nhất, tức là có

dạng hình cầu

Tính chất thu nhỏ diện tích bề mặt của chất lỏng

Thí nghiệm:

Dùng một khung hình chữ nhật làm bằng

dây thép mảnh có cạnh CD di chuyển dễ

dàng dọc theo hai cạnh BC và AD

Nhúng thẳng đứng khung này vào nước xà

phòng rồi lấy ra nhẹ nhàng ta được một

Nếu bây giờ ta nâng

ngoài các lực vuông góc với đường

chu vi và tiếp tuyến với mặt ngoài

gọi là sức căng mặt ngoài

-Lực căng (sức căng) mặt ngoài

lỏng và vuông góc với đường

chu vi của mặt giới hạn

+ Có chiều làm thu nhỏ diện

tích của mặt thoáng

+ Có độ lớn tỷ lệ với chiều dài

l của chu vi đường giới hạn

Các ví dụ về một số hiện tƣợng tạo thành do tác dụng của sức căng mặt ngoài:

Giọt nước có dạng gần hình cầu

Trò chơi thổi bong bóng xà phòng

Quan sát hiện tượng:

+ Nhỏ 1 giọt nước lên

một tấm thuỷ tinh, hiện

tượng xảy ra như thế

nào?

Giọt nước chảy lan ra

+ Nhỏ 1 giọt thuỷ

ngân lên một tấm

thuỷ tinh, hiện tượng

xảy ra như thế nào?

Giọt thuỷ ngân thu về dạng hình cầu (hơi dẹt)

Kết luận: Nước dính ướt thuỷ tinh và thuỷ ngân không dính ướt thuỷ tinh

4 Hiện tƣợng dính ƣớt và không dính ƣớt

Xét mặt phân cách của ba chất rắn, lỏng, khí không phản ứng hoá học với nhau Đường giới hạn của các chất này sẽ ổn định ứng với cực tiểu của năng lượng toàn phần Khi đó lực tổng hợp tác dụng lên phần tử của đường giới hạn sẽ bị triệt tiêu theo phương mà phần tử đó có thể dịch chuyển

Điều kiện cân bằng của đoạn l trên đường giới hạn là :

Nếu rk rl lkthì không thể có sự cân bằng Xét 2 trường hợp

rk rl lk

  

+ TH1:

thì với mọi góc  lực của rk cũng lớn

hơn tổng hai lực còn lại Khi đó chất

lỏng sẽ loang ra vô hạn trên mặt chất

rắn Đó là sự dính ướt toàn phần Trong

thì với mọi góc  lực của rl cũng lớn

hơn tổng hai lực còn lại Khi đó mặt

giới hạn chất lỏng với vật rắn sẽ thu

lại một điểm, chất lỏng coi như tách

Nếu rk rl lkthì có sự cân bằng Xét 2 trường hợp

Ứng dụng của sự dính ướt:

Loại bẩn quặng ra khỏi quặng

Nước pha dầu

Bẩn quặng

II Hiện tượng mao dẫn

1 Áp suất phụ dưới mặt khum

Do hiện tượng dính ướt hay không dính ướt mà mặt ngoài của chất lỏng đựng trong bình thường có dạng mặt khum Mặt khum lồi lên hay lõm xuống phụ thuộc vào chất lỏng và thành bình Ví dụ nước trong bình

thuỷ tinh thì mặt khum này sẽ lõm xuống, còn thuỷ ngân trong bình thuỷ tinh thì mặt khum lại lồi lên Mặt khum lồi lên là do lực căng có tác dụng ép chất lỏng xuống, còn lõm xuống là do lực căng gây ra áp suất phụ hướng lên trên

Trường hợp dính ướt Trường hợp không dính ướt

Với quy ước về dấu của bán kính

mặt cầu : là dương khi hướng về

phía chất lỏng, là âm khi hướng ra

khỏi mặt chất lỏng, thì công thức

tổng quát là :

R S

1 1

R R

R 1 , R 2 hai bán kính cong của giao tuyến của hai

mặt phẳng vuông góc với nhau và đi qua pháp

tuyến của mặt thoáng tại điểm khảo sát với mặt

thoáng của chất lỏng

Lấy 2 ống thuỷ tinh hở 2 đầu, có đường kính trong rất nhỏ khác nhau nhúng thẳng đứng vào chậu thuỷ ngân

+ Thí nghiệm 2:

Thuỷ ngân

KL: Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng chất lỏng dâng lên hay hạ xuống trong những bình chứa có kích thước nhỏ

Nguyên nhân gây ra hiện tượng mao dẫn là do tác dụng của áp suất

phụ của mặt khum của chất lỏng

+ Nếu mặt khum lõm, áp suất phụ hướng lên và sẽ kéo chất lỏng hướng lên

+ Còn nếu mặt khum lồi, áp suất phụ sẽ hướng xuống dưới và chất lỏng sẽ ép xuống dưới

+ Với những chất dính ướt thành bình, mặt khum sẽ có dạng mặt lõm, chất lỏng sẽ dâng lên Còn với chất không dính ướt, mặt khum

có dạng mặt lồi, chất lỏng sẽ hạ xuống



Ý nghĩa của hiện tượng mao dẫn:

- Giấy thấm hút mực

- Bấc đèn

- Rễ cây hút nước

ÔN TẬP

Các bài tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập:

Lý thuyết:

- Hiện tượng căng mặt ngoại

- Hiện tượng mao dẫn của chất lỏng

- Công thức Jurin

11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.6, 11.7, 11.9, 11.15