Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 5 - GV. Nguyễn Như Xuân

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 5 - Chất lỏng cung cấp cho bạn đọc các kiến thức về cấu tạo và các hiện tượng mặt ngoài của chất lỏng, hiện tượng mao dẫn, bài tập chất lỏng.

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƢ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƢ XUÂN VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG Chƣơng 5: CHẤT LỎNG  Cấu tạo tượng mặt chất lỏng  Hiện tượng mao dẫn  Bài tập chất lỏng I Cấu tạo tƣợng mặt chất lỏng Cấu tạo chuyển động phân tử chất lỏng a Trạng thái lỏng chất - Chất lỏng trạng thái trung gian chất khí chất 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 ngưng tụ) - Ở trạng thái bình thường chất lỏng lại có tính chất khác thường so với chất rắn chất khí b Cấu tạo chuyển động phân tử chất lỏng - Các phân tử chất lỏng nằm gần gấp 10 lần so với chất khí áp suất tiêu chuẩn ln ln dịch chuyển hỗn loạn theo hướng chuyển động nhiệt - Theo quan điểm thống kê, phân tử chất lỏng phân tử dao động xung quanh VTCB chúng khơng gắn bó vĩnh viễn vị trí mà "thỉnh thoảng" lại thay đổi VTCB, di chuyển đoạn độ dài vào cỡ kích thước phân tử - Khoảng thời gian mà phân tử tồn VTCB lớn nhiệt độ chất lỏng thấp Thời gian dao động trung bình phân tử quanh VTCB    oe W kT Năng lượng dao động phân tử Chu kì dao động trung bình phân tử quanh VTCB Áp suất phân tử chất lỏng -Các phân tử chất lỏng xếp gần để lực hút chúng có cường độ lớn - Lực hút giảm nhanh theo khoảng cách, khoảng cách ro đủ lớn bỏ qua lực hút phân tử Khoảng cách ro gọi bán kính tương tác, cịn mặt cầu có bán kính ro gọi mặt cầu tương tác (mặt cầu bảo vệ) Phân tử nằm sâu chất lỏng, lực tác dụng vào phân tử khơng Phân tử nằm lớp mặt ngồi, lực tác dụng vào phân tử hướng vào chất lỏng Gây áp suất phân tử (nội áp PT Vandecvan) Năng lƣợng mặt ngoại sức căng mặt chất lỏng a Năng lƣợng mặt - Muốn đưa phân tử chất lỏng từ bên lịng chất lỏng ngồi lớp bề mặt, cần phải tốn công để chống lại tác dụng lực tổng hợp Khi phân tử chất lỏng di chuyển từ bên gần mặt thoáng, động giảm biến thành Mỗi phân tử bên lớp lân cận mặt thống có bổ sung Phần lượng bổ sung gọi lượng bề mặt chất lỏng - Năng lượng mặt tỷ lệ với diện tích mặt ngồi chất lỏng E  S : hệ số tỷ lệ gọi hệ số lực căng mặt chất lỏng (N/m), phụ thuộc vào nhiệt độ, chất hoà tan S diện tích mặt ngồi - Khi hệ đạt trạng thái cân bền đạt cực tiểu giọt chất lỏng khơng chịu tác dụng tác nhân bên ngồi có dạng cho mặt thống có diện tích nhỏ nhất, tức có dạng hình cầu Tính chất thu nhỏ diện tích bề mặt chất lỏng b Lực căng mặt ngồi Thí nghiệm: Dùng khung hình chữ nhật làm dây thép mảnh có cạnh CD di chuyển dễ dàng dọc theo hai cạnh BC AD Nhúng thẳng đứng khung vào nước xà phòng lấy nhẹ nhàng ta màng xà phòng hình chữ nhật Màng xà phịng khối dẹt dung dịch xà phòng A D B C Nếu ta nâng khung cho nằm ngang quan sát thấy CD bị kéo phía cạnh AB màng xà phịng thu bé diện tích lại D C Để giữ ngun mặt ngồi chất lỏng cần tác dụng lên chu vi mặt lực vng góc với đường chu vi tiếp tuyến với mặt gọi sức căng mặt A B -Lực căng (sức căng) mặt ngồi A có đặc điểm: + Tác dụng lên chu vi đường giới hạn + Có phương: nằm mặt phẳng tiếp xúc mặt chất lỏng vng góc với đường D chu vi mặt giới hạn + Có chiều làm thu nhỏ diện tích mặt thống + Có độ lớn tỷ lệ với chiều dài l chu vi đường giới hạn F  l B C F F Trò chơi thổi bong bóng xà phòng Hiện tƣợng dính ƣớt khơng dính ƣớt Quan sát tượng: + Nhỏ giọt nước lên thuỷ tinh, tượng xảy nào? + Nhỏ giọt thuỷ ngân lên thuỷ tinh, tượng xảy nào? Giọt nước chảy lan Giọt thuỷ ngân thu dạng hình cầu (hơi dẹt) Kết luận: Nước dính ướt thuỷ tinh thuỷ ngân khơng dính ướt thuỷ tinh Xét mặt phân cách ba chất rắn, lỏng, khí khơng phản ứng hoá học với Đường giới hạn chất ổn định ứng với cực tiểu lượng tồn phần Khi lực tổng hợp tác dụng lên phần tử đường giới hạn bị triệt tiêu theo phương mà phần tử dịch chuyển Điều kiện cân đoạn l đường giới hạn : Frk  Frl  Flk cos Flk  l.lk  l. rk  l. rl  l. lk cos Chất lỏng Chất khí Góc  gọi góc mép (góc bờ)  rk   rl cos   lk Góc mép phải thoả mãn : Frk  l. rk  Frl  l. rl Chất rắn  rk   rl 1  lk Nếu  rk   rl  lkthì khơng thể có cân Xét trường hợp + TH1:  rk   rl  lk với góc  lực rk lớn tổng hai lực cịn lại Khi chất lỏng loang vơ hạn mặt chất rắn Đó dính ướt tồn phần Trong trường hợp góc mép  =0 Flk  l.lk Frk  l. rk Frl  l. rl + TH2:  rl   rk  lk với góc  lực rl lớn tổng hai lực cịn lại Khi mặt giới hạn chất lỏng với vật rắn thu lại điểm, chất lỏng coi tách khỏi chất rắn Đó khơng dính ướt tồn phần Trong trường hợp góc mép  = Flk  l.lk Frk  l. rk Frl  l. rl Nếu  rk   rl  lkthì có cân Xét trường hợp + TH1: cos    rk   rl Flk  l.lk góc  nhọn, dính ướt Frk  l. rk phần  Frl  l. rl + TH2: cos    rk   rl góc  tù, khơng dính ướt phần Flk  l.lk Frk  l. rk Frl  l. rl Ứng dụng dính ướt: Loại bẩn quặng khỏi quặng Nước pha dầu Bẩn quặng II Hiện tƣợng mao dẫn Áp suất phụ dƣới mặt khum Do tượng dính ướt hay khơng dính ướt mà mặt ngồi chất lỏng đựng bình thường có dạng mặt khum Mặt khum lồi lên hay lõm xuống phụ thuộc vào chất lỏng thành bình Ví dụ nước bình thuỷ tinh mặt khum lõm xuống, cịn thuỷ ngân bình thuỷ tinh mặt khum lại lồi lên Mặt khum lồi lên lực căng có tác dụng ép chất lỏng xuống, lõm xuống lực căng gây áp suất phụ hướng lên Trường hợp dính ướt Trường hợp khơng dính ướt Áp suất phụ : Với quy ước dấu bán kính mặt cầu : dương hướng phía chất lỏng, âm hướng khỏi mặt chất lỏng, cơng thức tổng quát : F 2 p   S R mặt khum có hình dạng áp suất phụ xác định theo công thức Laplace :  1   p      R1 R2  R1, R2 hai bán kính cong giao tuyến hai mặt phẳng vng góc với qua pháp tuyến mặt thoáng điểm khảo sát với mặt thoáng chất lỏng r  R  Hiện tƣợng mao dẫn a/ Quan sát: Thí nghiệm 1: Lấy ống thuỷ tinh hở đầu, có đường kính rÊt nhá khác nhúng thẳng đứng vào chậu nước Nước + Thí nghiệm 2: Lấy ống thuỷ tinh hở đầu, có đường kính nhỏ khác nhúng thẳng đứng vào chậu thuỷ ngân Thuỷ ngân * Thí nghiệm -B1: Lấy thuỷ tinh đặt song song hay tạo thành khe heûp nhỏ -B2: Nhúng vàorất chậu nước thuỷ tinh Nước KL: Hiện tượng mao dẫn tượng chất lỏng dâng lên hay hạ xuống bình chứa có kích thước nhỏ Ngun nhân gây tượng mao dẫn tác dụng áp suất phụ mặt khum chất lỏng + Nếu mặt khum lõm, áp suất phụ hướng lên kéo chất lỏng hướng lên + Còn mặt khum lồi, áp suất phụ hướng xuống chất lỏng ép xuống + Với chất dính ướt thành bình, mặt khum có dạng mặt lõm, chất lỏng dâng lên Còn với chất khơng dính ướt, mặt khum có dạng mặt lồi, chất lỏng hạ xuống Công thức Juyranh: 2 cos  h gr Ý nghĩa tượng mao dẫn: - Giấy thấm hút mực - Bấc đèn - Rễ hút nước ÔN TẬP Lý thuyết: - Hiện tượng căng mặt ngoại - Hiện tượng mao dẫn chất lỏng - Công thức Jurin Các tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn tập: 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.6, 11.7, 11.9, 11.15 ... cos  h gr Ý nghĩa tượng mao dẫn: - Giấy thấm hút mực - Bấc đèn - Rễ hút nước ÔN TẬP Lý thuyết: - Hiện tượng căng mặt ngoại - Hiện tượng mao dẫn chất lỏng - Công thức Jurin Các tập tối thiểu... Thí nghiệm 2: Lấy ống thuỷ tinh hở đầu, có đường kính nhỏ khác nhúng thẳng đứng vào chậu thuỷ ngân Thuỷ ngân * Thí nghiệm -B1: Lấy thuỷ tinh đặt song song hay tạo thành khe heûp nhỏ -B2: Nhúng...Chƣơng 5: CHẤT LỎNG  Cấu tạo tượng mặt chất lỏng  Hiện tượng mao dẫn  Bài tập chất lỏng I Cấu tạo tƣợng mặt chất lỏng Cấu tạo chuyển động phân tử chất lỏng a Trạng thái lỏng chất - Chất