Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 5 nguyễn xuân thấu

Chương CHẤT LỎNG Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2016 CHƯƠNG CHẤT LỎNG NỘI DUNG CHÍNH  CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG  CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG 1.1 TRẠNG THÁI LỎNG CỦA VẬT CHẤT RẮN LỎNG KHÍ  Trạng thái lỏng trạng thái trung gian trạng thái khí rắn CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG 1.1 TRẠNG THÁI LỎNG CỦA VẬT CHẤT  Chất lỏng tích xác định dễ dàng trượt lớp (khơng có hình dạng cố định)  Hiện tượng khuyếch tán xảy chậm so với chất khí CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG 1.2 CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG  Đối với chất lỏng, lượng chuyển động nhiệt: W®  kT  Wt  Vì nên chất lỏng vừa dao động quanh vị trí cân bền r0, vừa dịch chuyển khối chất lỏng CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG 1.2 CẤU TẠO VÀ CHUYỂN ĐỘNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG  Thời gian dao động trung bình quanh vị trí cân phân tử chất lỏng W 0   0e kT - Chu kỳ dao động trung bình phân tử quanh vị trí cân W – Năng lượng hoạt động phân tử ♣ Với nước nhiệt độ thường 0  1013 s   1011 s  Như dao động khoảng 100 chu kỳ, phân tử nước lại dịch chỗ khác!!! CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.1 ÁP SUẤT PHÂN TỬ  Trong chất lỏng khoảng cách phân tử nho so với chất khí, lực hút phân tử đóng vai trị đáng kể  Lấy phân tử làm tâm, vẽ mặt cầu bán kính cỡ nm, phân tử mặt cầu tác dụng với phân tử tâm. Mặt cầu bảo vệ  Những phân tử nằm sâu chất lỏng lực tác dụng lên chúng bù trừ  Những phân tử nằm lớp ngoài, lực tác dụng không bù trừ nhau, phân tử chịu tác dụng lực hướng vào chất lỏng Lực ép lên phần chất lỏng bên gọi áp suất phân tử CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.1 ÁP SUẤT PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI  Do phân tử nằm mặt bị phân tử phía hút, lượng chúng, ngồi động chuyển động nhiệt, cịn quy định lực hút  Nếu nhiệt độ đồng (khi động phân tử lớp lớp bề mặt nhau), phân tử lớp mặt ngồi có tổng lượng lớn so với tổng lượng phân tử lớp bên Phần lượng lớn gọi lượng mặt chất lỏng  Số phân tử lớp mặt ngồi nhiều lượng mặt ngồi lớn Vì lượng mặt ngồi E tỷ lệ thuận với diện tích mặt ngồi S E  S σ – gọi hệ số sức căng mặt Đơn vị J/m2 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI  Hệ trạng thái cân bền lúc cực tiểu chất lỏng trạng thái cân bền lúc diện tích mặt ngồi nhỏ Trọng lực làm giọt nước bị dẹt 10 Lực đẩy Acsimed cân trọng lực, giọt dầu dạng hình cầu  Với hình thể tích diện tích mặt cầu nhỏ Nên nhỏ dầu vào rượu dầu có dạng hình cầu CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI  Với hình chu vi diện tích hình trịn lớn Nên lấy khung dây thép nhúng vào nước xà phịng, thả vào vịng chọc thủng màng xà phịng phía vịng thành vịng trịn để diện tích phần xà phịng cịn lại là…nhỏ 12 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI  Như vậy, diện tích mặt ngồi chất lỏng có khuynh hướng tự co lại Do đó, mặt ngồi chất lỏng giống màng cao su bị căng Để giữ ngun tình trạng mặt ngồi chất lỏng, ta phải tác dụng lên chu vi mặt ngồi lực vng góc với đường chu vi tiếp tuyến với mặt Lực gọi sức căng mặt 13 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI Bài tốn màng xà phịng  Để màng xà phịng khơng bị co lại, phải tác dụng lên lực F  Kéo trượt đoạn Δx, diện tích mặt ngồi màng xà phịng tăng lên (sở dĩ nhân đơi màng có mặt): S  2.l.x 14  Công thực lực F là: A  F.x  Công làm tăng diện tích mặt ngồi lên ΔS, tức tăng lượng mặt lên ΔE A=ΔE F.x  E  S  .2.l.x  F  2l CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI Trong trường hợp tổng qt, sức căng mặt ngồi thay đổi dọc theo chu vi, lúc xét đoạn Δl đủ nhỏ chu vi, ta áp dụng công thức trên: F  l Đơn vị sức căng mặt ngồi đo N/m=J/m2 15 Chất lỏng 200C Nước σ (N/m) 0,073 Thủy ngân Glixerin 0,540 0,065 Ete 0,017 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI  Sự tạo thành bọt chất lỏng, tạo thành giọt chất lỏng chảy qua lỗ nhỏ…là tác dụng sức căng mặt ngồi Nước mưa khơng lọt qua tượng sức căng mặt ngoài… 16 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.3 HIỆN TƯỢNG LÀM ƯỚT VÀ KHƠNG LÀM ƯỚT  Xét hệ có ba chất giới hạn với rắn, lỏng, khí:  Hệ có cấu hình cực tiểu tồn phần  Đường cong giới hạn có dạng mặt vật rắn cho tổng hình chiếu lực căng mặt tác dụng lên phần tử đường cong kín phải khơng 17 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.3 HIỆN TƯỢNG LÀM ƯỚT VÀ KHƠNG LÀM ƯỚT Góc θ tiếp tuyến với mặt chất rắn mặt chất lỏng, phía chất lỏng, gọi góc mép cos   18 r,k  r,l l,k CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2.3 HIỆN TƯỢNG LÀM ƯỚT VÀ KHÔNG LÀM ƯỚT 19   1800    1800 Khơng dính ướt Dính ướt   00 Dính ướt hồn tồn HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.1 ÁP SUẤT DƯỚI MẶT KHUM  Do tượng dính ướt hay khơng dính ướt, mặt ngồi chất lỏng đựng bình có dạng mặt khum 20 HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.1 ÁP SUẤT DƯỚI MẶT KHUM  Mặt khum lõm xuống hay lồi lên tùy vào chất lỏng thành bình Khi lồi lên sức căng có tác dụng ép phần chất lỏng phía gây áp suất phụ dương từ xuống Khi mặt khum lõm, sức căng gây áp suất phụ âm hướng lên 21 a) b) c) HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.1 ÁP SUẤT DƯỚI MẶT KHUM 22  Nếu quy ước bán kính mặt cầu hướng phía chất lỏng dương (mặt lồi), hướng khỏi chất lỏng âm (lõm), ta có cơng thức tính áp suất phụ: 2 p  R  Trong trường hợp mặt khum không mặt cầu, Laplace chứng minh được:  1  p      R R   Trong đó, R1 R2 bán kính cong tiếp tuyến điểm xét (Tiếp tuyến mặt cong giao tuyến mặt cong với mặt phẳng chứa pháp tuyến điểm đó) HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.2 HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 23  Hiện tượng chất lỏng dâng lên hay hạ xuống ống mao dẫn gọi tượng mao dẫn  Nguyên nhân: Chất lỏng làm ướt hay khơng làm ướt chất rắn dùng làm ống Dó xuất áp suất phụ kéo chất lỏng lên ép chất lỏng xuống HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.2 HIỆN TƯỢNG MAO DẪN Áp suất điểm B áp suất khí quyển: p B  p0 R Áp suất điểm A gồm áp suất khí quyển, áp suất thủy tĩnh, áp suất phụ: r p A  p  gh  p  p B  p 24 p g 2 2 cos  r R  p   cos  R r  gh  p   h   h 2 cos  rg Công thức Jurin pA A B HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3.2 HIỆN TƯỢNG MAO DẪN Nếu dính ướt hồn tồn θ = 0: h 2 0 rg Chất lỏng dâng lên Nếu khơng dính ướt θ = 1800: 25 h 2 0 rg Chất lỏng tụt xuống Chương CHẤT LỎNG Các tập cần làm: (Sách BT Lương Duyên Bình): 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.6, 11.7, 11.9, 11.15 26 HẾT ... Đơn vị sức căng mặt ngồi đo N/m=J/m2 15 Chất lỏng 20 0C Nước σ (N/m) 0,073 Thủy ngân Glixerin 0 ,54 0 0,0 65 Ete 0,017 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2. 2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG... h   h 2? ?? cos  rg Công thức Jurin pA A B HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 3 .2 HIỆN TƯỢNG MAO DẪN Nếu dính ướt hồn tồn θ = 0: h 2? ?? 0 rg Chất lỏng dâng lên Nếu khơng dính ướt θ = 1800: 25 h 2? ?? 0 rg... dạng hình cầu 2 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2. 2 NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI VÀ SỨC CĂNG MẶT NGỒI CÙNG NHAU XEM THÍ NGHIỆM NHÉ! 11 CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 2. 2 NĂNG LƯỢNG MẶT