I. Sự chảy dừng. Phương trình liên tục
1. Sự chảy dừng (Sự chảy ổn định)
Sự chảy mà vận tốc của các phần tử chất lỏng khác nhau
lần lượt đến một điểm nào đó trong không gian lại như
nhau.
Hay: Véctơ vận tốc của chất lỏng tại mỗi điểm cố định
không thay đổi theo thời gian cả về hướng và độ lớn.
70 trang |
Chia sẻ: anhquan78 | Lượt xem: 4433 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Vật lý - Chương 3: Chất lỏng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Chương 3: Chất lỏng
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli.
§2. Tính nhớt của chất lỏng. PT Newton.
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng n/c hệ sinh vật.
§4. Chuyển động phân tử và đặc điểm của chất lỏng.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng.
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ. Hiện
tượng mao dẫn.
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
Vietnam National University of Agriculture
1
I. Sự chảy dừng. Phương trình liên tục
1. Sự chảy dừng (Sự chảy ổn định)
Sự chảy mà vận tốc của các phần tử chất lỏng khác nhau
lần lượt đến một điểm nào đó trong không gian lại như
nhau.
Hay: Véctơ vận tốc của chất lỏng tại mỗi điểm cố định
không thay đổi theo thời gian cả về hướng và độ lớn.
AvA
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
2
Đường dòng: Là những đường mà tiếp tuyến ở mỗi điểm
của nó trùng với phương của véctơ vận tốc chất lỏng,
chiều là chiều chuyển động của chất lỏng.
A
B
Av
Bv
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
3
Đặc điểm: Các đường dòng không bao giờ cắt nhau
Ống dòng: Tập hợp các đường dòng tựa trên một chu vi
tưởng tượng trong chất lỏng tạo thành một ống dòng.
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
4
Đặc điểm: Các phần tử chất lỏng ở trong ống dòng
không thể đi ra khỏi ống dòng và ngược lại.
2. Phương trình liên tục
S v
.v t
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
5
Lưu lượng chất lỏng (Q)
Lưu lượng chất lỏng qua 1 tiết diện là phần thể tích chất
lỏng chảy qua tiết diện đó trong một đơn vị thời gian.
(1).
V
Q S v
t
Biểu thức:
Phương trình liên tục
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
6
1
2
1v t
2v t
2v1v
1S
2S
1 2,SSXét lưu lượng chất lỏng chảy qua các tiết diện khác
nhau của cùng một ống dòng.
1 1v , S+ Tại vị trí 1 : Chất lỏng có vận tốc
2 2v , S+ Tại vị trí 2 : Chất lỏng có vận tốc
Giả sử chất lỏng chảy ở trạng thái dừng (Đường dòng
và ống dòng không thay đổi theo thời gian, các đường
dòng không cắt nhau, phần chất lỏng trong ống không
chảy qua thành ống) và khối chất lỏng không chịu
nén(thể tích không đổi), ống dòng liên tục (không có
chỗ rỗng hoặc tích tụ chất lỏng).
1 2Q Q
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
7
Với giả sử trên → nên lưu lượng chất lỏng chảy qua tiết
diện S1 và S2 là như nhau:
Nhận xét
Hay:
Vì chọn bất kỳ nên tổng quát:
Phát biểu: Lưu lượng chất lỏng chảy qua một tiết diện
bất kỳ trong cùng một ống dòng là đại lượng không đổi.
1 1 2 2S v S v
1 2,SS (2).S v const
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
8
1
2
1v t
2v t
2v1v
1S
2S
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
9
II. Phương trình Bernoulli. Hệ quả và ứng dụng
1. Phương trình Bernoulli
Daniel Bernoulli
(1700 – 1782)
Chất lỏng lý tưởng
Là chất lỏng có thể tích không
đổi và có thể chảy mà không chịu
lực cản nào.
(Không chịu nén và không có ma
sát nội).
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
10
Bài toán
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
11
Xuất phát từ phương trình: 2 1W W W ngA
Tính: W W Wd t
Tính: ngoai lucA
→Phương trình Bernoulli
1P
2P
1h
2h
1S
2S
2S
1S
1l
2l
1v
2v
( )
Xét khối chất lỏng lý tưởng được giới hạn bởi ống dòng
hẹp và 2 tiết diện bất kỳ S1S2 chảy ở trạng thái dừng
trong trọng trường.
Tại vị trí 1: S1, v1, P1, h1
Tại vị trí 2: S2, v2 , P2, h2.
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
12
1P
2P
1h
2h
1S
2S
2S
1S
1l
2l
1v
2v
( )
Giả sử sau khoảng thời
gian ∆t khối chất lỏng
S1S2 chảy xuống thành
khối chất lỏng S1’S2’.
Phần chất lỏng S1’S2 coi
như không đổi.
→ Có thể xem quá trình di chuyển này tương đương như
khối chất lỏng qua S1 một đoạn S1S1’, qua S2 một đoạn
S2S2’.
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
13
1P
2P
1h
2h
1S
2S
2S
1S
1l
2l
1v
2v
( )
Thể tích chất lỏng chảy qua S1
∆V1 = S1.v1.∆t = S1.∆l1 (3)
Thể tích chất lỏng chảy qua S2
∆V2 = S2.v2.∆t = S2.∆l2 (4)
Do ∆V1 = ∆V2 = ∆V → S1.∆l1 = S2.∆l2 (*)
Tính cơ năng của khối chất lỏng
Khối lượng của khối chất lỏng là: m = ∆V.ρ (Với ρ là khối
lượng riêng của chất lỏng). Cơ năng của phần chất lỏng
∆V là: 2
dW W W
2
t
v
V V gh
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
14
Nhận xét
Sự thay đổi cơ năng của khối chất lỏng S1S2 trong khoảng
thời gian ∆t bằng sự thay đổi cơ năng của khối ∆V ở vị trí
1 và vị trí 2.
2 2
2 1
2 1 (5)( ) ( )
2 2
Vv Vv
W Vgh Vgh
Vì chất lỏng lý tưởng nên độ biến thiên năng lượng bằng
công của ngoại lực thực hiện được trong quá trình chuyển
dời:
∆W = Ang (6)
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
15
Áp suất P1 và P2 gây ra
trên S1 và S2 những áp lực
là: F1 và F2 làm cho chất
lỏng chuyển động.
1P
2P
1h
2h
1S
2S
2S
1S
1l
2l
1v
2v
( )
+Áp lực F1=P1S1 đẩy khối chất lỏng ∆V chảy vào S1
+Áp lực F2=P2S2 ngăn khối chất lỏng ∆V chảy ra S2
→ Công mà áp lực F1 thực hiện là: A1= P1S1∆l1 > 0
Công mà áp lực F2 thực hiện là: A2= P2S2∆l2 < 0
1 2 1 1 1 2 2 2 (7) ngA A A PS l P S l
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
16
Tính công của ngoại lực
Thay (5) và (7) vào (6) ta được:
Tổng quát:
2 2
1 2
1 1 2 2 (8)
2 2
v v
gh P gh P
2
(9)
2
v
gh P const
Biểu thức (8) và (9) gọi là phương trình Bernoulli
2 2
2 1
2 1
1 2 1 1 1 2 2 2
W (5)
2 2
W (6)
(7)
ng
ng
Vv Vv
Vgh Vgh
A
A A A PS l P S l
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
17
Gọi P là áp suất tĩnh (Do ngoại lực gây lên và là nguyên
nhân gây ra chuyển động của khối chất lỏng.
: Áp suất động
: Áp suất thủy lực (do chiều cao cột chất lỏng gây
lên).
Phát biểu: Trong một dòng chảy dừng của khối chất
lỏng lý tưởng, tổng áp suất động, áp suất tĩnh và áp suất
thủy lực là một đại lượng không đổi
2
2
v
gh
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
18
Nhận xét
: Động năng riêng của chất lỏng (động năng của
một đơn vị thể tích)
: Thế năng riêng của chất lỏng
P là năng lượng riêng của áp suất (?)
→ Phương trình Bernoulli thực chất là định luật bảo
toàn năng lượng đối với dòng chất lỏng chuyển động và
chất khí.
2
2
v
gh
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
19
2. Hệ quả
Hệ quả 1
Xét một ống dòng có tiết diện không đổi, nằm nghiêng.
Khi đó: v = const
Từ Định luật Bernoulli ta có:
Nhận xét
Sự chênh lệch áp suất tĩnh được gây ra từ sự chênh lệch
độ cao của cột chất lỏng.
1P
1h
S
( )
2P 2h
v const
2 1 1 2( )P P g h h
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
20
Hệ quả 2
Xét một ống dòng nằm ngang có tiết diện thay đổi. Khi
đó: h = const
Từ Định luật Bernoulli ta có:
Nhận xét
Nơi mà ống dòng hẹp thì vận tốc dòng chảy lớn → áp suất
tĩnh nhỏ và ngược lại.
1P
1S
( )
2P
h const
v const
2S2 2
1 2
1 2
2 2
v v
P P
2
2
v
P const
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
21
3. Ứng dụng
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
22
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
23
Bộ chế hòa khí
Khi không khí hút vào đến B
thì vận tốc tăng → áp suất
tĩnh tại B giảm xuống nên
xăng bị hút lên và phân tán
thành những hạt nhỏ trộn lẫn
với không khí tạo thành
hỗn hợp đi vào xilanh
§1. Sự chảy dừng. PT liên tục. PT Bernoulli
24
I. Tính nhớt của chất lỏng. Phương trình Newton
1. Tính nhớt của chất lỏng
Hiện tượng nhớt là hiện tượng mà giữa các lớp của chất
lỏng thực có vận tốc khác nhau.
Điều kiện để có ma sát nhớt: Các lớp chất lỏng phải
chuyển động với vận tốc khác nhau.
2. Lực ma sát nhớt
Lực ma sát nhớt tác dụng trên diện tích tiếp xúc giữa hai
lớp chất lỏng tỷ lệ với diện tích ∆S và với gradient của
vận tốc (tính dọc theo trục Ox vuông góc với ).
§2. Tính nhớt của chất lỏng. PT Newton
25
Phương trình Newton
Hệ số nhớt. Đơn vị: pascal.giây (Pa.s)
Hệ số nhớt phụ thuộc vào môi trường và cho biết lực ma
sát lớn hay nhỏ.
Lực cản nhớt
Là lực cản t/d lên các vật chuyển động trong chất lỏng →
Công thức Stokes
(1). .ms
dv
F S
dx
:
(2)6. . . .msF r v
§2. Tính nhớt của chất lỏng. PT Newton
26
II. Ứng dụng nghiên cứu tính nhớt của môi trường
Trong công nghiệp và trong xây dựng cần xác định độ
nhớt thích hợp cho các loại dầu bôi trơn, sơn, keo, vữa
xây dựng và nhiều vật liệu khác
Trong sinh học việc nghiên cứu độ nhớt của các dịch
sinh học cho phép tìm hiểu nhiều quá trình xảy ra trong
tế bào và các cơ quan trong cơ thể.
§2. Tính nhớt của chất lỏng. PT Newton
27
I. Sự chảy tầng và chảy rối
Chảy thành lớp (chảy tầng)
Các phân tử của lớp này không thâm nhập được sang lớp
khác vì vậy có thể coi đây là trạng thái chảy dừng của
chất lỏng và định luật Bernoulli được nghiệm đúng.
Dòng chảy dừng ít gặp trong thực tế.
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng N/C hệ SV
28
Chảy rối
Khi tăng vận tốc chảy của chất lỏng nhớt → tạo ra xoáy
và chuyển động của chất lỏng trở thành chảy xoáy hay
chảy rối → phương của véctơ vận tốc luôn luôn thay
đổi.
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng N/C hệ SV
29
Số Reynolds
Đặc trưng cho đặc tính chảy của chất lỏng
: Khối lượng riêng của chất lỏng
: Vận tốc trung bình của dòng chất lỏng tính theo
tiết diện ngang của ống.
: Đường kính ống dòng
: Hệ số nhớt của chất lỏng. Phụ thuộc vào bản chất
và trạng thái của từng chất lỏng.
(1). .e
d
R v
v
d
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng N/C hệ SV
30
Nhận xét
Khi nhỏ thì chất lỏng chảy dừng và khi lớn hơn giá
trị giới hạn thì chất lỏng chảy rối và vận tốc khi đó gọi là
vận tốc đột biến.
Chảy thành lớp:
Chuyển sang chảy rối (cuộn xoáy):
Sự chảy là cuộn xoáy:
2000eR
20001000 eR
.1000eR
eR eR
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng N/C hệ SV
31
II. Ứng dụng
Dựa vào tính nhớt của chất lỏng → dấu hiệu để chẩn
đoán bệnh.
Cụ thể
Bình thường sự chảy của máu trong động mạch là chảy
tầng, tính rối không lớn. Khi có bệnh thì độ nhớt của
máu giảm, dẫn đến sự chảy rối → tốn năng lượng bổ
sung cho máu chuyển động và tốn công phụ của tim.
Điều đó làm cho tim phải hoạt động mạnh và gây ra
tiếng ồn.
→ Đó là dấu hiệu để chẩn đoán bệnh.
§3. Sự chảy tầng, chảy rối. Ứng dụng N/C hệ SV
32
I. Lực phân tử và thế năng tương tác phân tử
1. Lực phân tử
Định nghĩa
Lực phân tử là lực tương tác giữa các phân tử, lực gắn bó
các phân tử lại với nhau để tạo thành các trạng thái rắn,
lỏng, khí.
Đặc điểm
Lực phân tử phụ thuộc vào cấu trúc bên trong phân tử và
vị trí tương đối giữa các phân tử.
Tính chất
Lực phân tử bao gồm lực hút và lực đẩy. Hai lực này phụ
thuộc vào khoảng cách r giữa các phân tử. Hai lực này đều
nghịch biến theo r nhưng lực đẩy thay theo r nhanh hơn.
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
33
o
r0
r
f
fđ
fh
Biểu diễn lực phân tử
f = fd + fh
Quy ước: fđ > 0; fh < 0
VTCB: Là vị trí mà lực hút bằng lực đẩy khi không có
chuyển động nhiệt do vậy mà lực tổng hợp bằng 0 ứng
với vị trí r = r0
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
34
o r0
r
f
fđ
fh
Khi r < ro : Lực đẩy và lực hút
đều tăng so với VTCB nhưng do
lực đẩy tăng nhanh hơn nên lực
phân tử là lực đẩy.
Khi r > ro : Lực đẩy và lực hút
đều giảm so với VTCB nhưng
do lực đẩy giảm nhanh hơn nên
lực phân tử là lực hút.
Xung quanh r = ro : Đồ thị có dạng đoạn thẳng nên độ
lớn lực phân tử tỷ lệ với độ biến dạng ở mức độ phân tử.
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
35
2. Thế năng tương tác phân tử
o
r0
r
Wt
Wtmin
Thế năng của phân tử
chính là thế năng do
tương tác giữa các phân
tử.
Thế năng tương tác phân
tử và lực phân tử liên hệ
qua biểu thức:
dr
dW
f t
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
36
Khi r = ro : Wt đạt cực tiểu và
đường cong thế năng có dạng
hố thế.
Khi r0 < r < ∞ : f < 0 thì thế
năng càng giảm khi r giảm.
Khi 0 0 thì thế
năng càng tăng khi r giảm. o
r0
r
Wt
Wtmin
o
r0
r
f
fđ
fh
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
37
Các trạng thái của vật chất
min(W )đ tWTrạng thái rắn: Phân tử không thể vượt
khỏi hố thế nên chỉ dao động xung quanh VTCB và gọi
là trạng thái rắn của vật chất.
Trạng thái khí: Phân tử dễ dàng vượt khỏi
hố thế và có thể dời chỗ dễ dàng nên hình thành trạng
thái khí.
min(W )đ tW
min(W )tđ WTrạng thái lỏng: Phân tử nào có động năng
lớn hơn thế năng cực tiểu thì vượt qua hố thế còn nhỏ
hơn thế năng cực tiểu thì dao động xq VTCB → Hình
thành trạng thái lỏng.
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
38
Trạng thái rắn
Trạng thái lỏng
Trạng thái khí
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
39
Trạng thái Plasma
Plasma là trạng thái thứ
tư của vật chất trong đó
các chất bị ion hóa mạnh.
Plasma không phổ biến
trên Trái Đất tuy nhiên
trên 99% vật chất thấy
được trong vũ trụ tồn tại
dưới dạng plasma,
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
40
Đèn Plasma
Điện áp rất cao ở tâm
của quả cầu gây nên
một điện trường đủ
mạnh để ion hóa các
nguyên tử khí trơ.
Các ion khí trơ này di chuyển thành dòng ra vỏ quả cầu
do chênh lệch điện thế, tạo thành dòng plasma nguội và
phát sáng.
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
41
III. Đặc điểm của chất lỏng
§4. Chuyển động phân tử và đ2 của chất lỏng
Chất lỏng đẳng hướng, cấu trúc vô định hình. Tùy theo
nhiệt độ và áp suất mà chất lỏng có t/c giống chất khí hay
chất rắn.
Ở điều kiện bình thường, chất lỏng giống chất rắn là
không chịu nén nên có thể tích hầu như không đổi và có
mật độ lớn nhưng giống chất khí là có thể thay đổi hình
dạng theo bình chứa, có thể chảy.
42
I. Áp suất phân tử A
B
Với chất lỏng, lực hút phân
tử chiếm ưu thế. Nhưng các
phân tử chỉ tương tác trong
phạm vi bán kính r (r =10-9
m gọi là bán kính tác dụng) .
Xét phân tử B nằm sâu trong chất lỏng: Tổng hợp lực tác
dụng lên B = 0
Xét phân tử A nằm gần lớp bề mặt: Lực tổng hợp tác
dụng lên phân tử hướng vào trong lòng chất lỏng.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
43
→ Lực tổng hợp tác dụng lên
phân tử A hướng vào trong lòng
chất lỏng tạo ra áp suất gọi là áp
suất phân tử ở chất lỏng.
Tính áp suất phân tử một cách
gần đúng đối với H2O là: p =
17000 atm.
Nhận xét: Áp suất phân tử có trị số rất lớn. Đây là áp
suất tự nén của chất lỏng
Nếu chất lỏng không chịu tác dụng của ngoại lực thì ở
trạng thái cân bằng, lực nén các phân tử có phương
vuông góc với bề mặt chất lỏng.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
A
B
44
II. Năng lượng bề mặt
Các phân tử ở gần bề mặt chất lỏng có thế năng tương tác
lớn hơn thế năng tương tác của các phân tử trong lòng
chất lỏng.
Khái niệm: Tổng độ chênh lệch thế năng tương tác của
các phân tử bề mặt so với các phân tử trong lòng chất
lỏng gọi là năng lượng bề mặt E.
Biểu thức: (W W ) (*)tA tB
Bemat
chat long
E
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
45
Nhận xét
Từ (*) ta thấy: Năng lượng bề mặt phụ thuộc vào tổng độ
chênh lệch thế năng tương tác.
Hay E phụ thuộc vào số phân tử chất lỏng gần bề mặt
(Phụ thuộc vào diện tích bề mặt chất lỏng).
Với S là diện tích bề mặt chất lỏng
α là hệ số sức căng bề mặt. Đơn vị: J/m2 hay N/m.
.E S
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
46
Bảng xác định hệ số sức căng bề mặt chất lỏng của một
số chất ở 20oC.
Chất Nước Ete Etylic Benzen Thủy ngân Rượu
σ (N/m) 0.073 0.017 0.029 0.480 0.022
α phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì hệ số
sức căng bề mặt giảm.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
47
Trạng thái căng bề mặt chất lỏng
Năng lượng bề mặt có dạng thế năng mà thế năng có xu
hướng giảm đến nhỏ nhất → xu thế giảm năng lượng bề
mặt đến cực tiểu, do E ~ S nên diện tích bề mặt có xu
hướng giảm đến nhỏ nhất.
Đây gọi là hiện tượng co bề mặt chất lỏng.
Như vậy, một khối chất lỏng tự nhiên luôn có xu hướng
co lại sao cho diện tích bề mặt là nhỏ nhất (Dạng hình
cầu vì trong tất cả các hình có cùng thể tích thì hình cầu
là hình có diện tích bề mặt nhỏ nhất.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
48
Nhà du hành Leroy Chiao, một
sĩ quan trên trạm vũ trụ quốc
tế (phi đoàn 10) đang quan sát
một giọt nước hình cầu lơ lửng
giữa anh và chiếc máy quay
phim, ở trên trạm. Trong giọt
nước hiện lên ảnh của
Chiao. (Ảnh: NASA)
Giọt dầu hình cầu lơ lửng trong cồn
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
49
Dầu
Rượu
Trạng thái căng bề mặt chất lỏng
Xét lớp chất lỏng được giới hạn bởi 1 khung bằng kim
loại. Do xu hướng của lớp chất lỏng là luôn co lại sao
cho diện tích bề mặt là nhỏ nhất → sinh ra lực F1 tác
dụng vào khung kim loại.
Theo Định luật 3 Newton, các phân tử khung kim loại
cũng sẽ tác dụng lực F2 vào các phân tử chất lỏng. Lực
F2 này có tác dụng kéo căng bề mặt chất lỏng và làm
cho bề mặt chất lỏng ở trạng thái căng.
F2 gọi là lực căng bề mặt chất lỏng
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
50
Lực căng bề mặt chất lỏng
Định nghĩa: Lực căng bề mặt chất lỏng hướng theo tiếp
tuyến với bề mặt chất lỏng, vuông góc với chu vi giới
hạn bề mặt và làm căng bề mặt chất lỏng.
Độ lớn: F = σ.l
Với l là chiều dài chu vi giới hạn bề mặt chất lỏng
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
51
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
52
Ứng dụng
Do hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng nên nước mưa
không thể chảy qua các lỗ nhỏ giữa các sợi vải căn trên ô
dù hoặc trên mui ôtô tải,
Hòa tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kể lực
căng bề mặt của nước, nên nước xà phòng dể thấm vào
các sợi vải khi giặt để làm sạch các sợi vải.
§5. Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng
53
I. Sự làm ướt – không làm ướt
Thí nghiệm
1F
2F
AF
A
AF
A
Xét phân tử chất lỏng
A ở gần mặt thoáng và
gần thành bình
1F Lực hút của các phân tử chất lỏng khác tác dụng lên
A và hướng vào trong lòng chất lỏng
2F Lực hút của các phân tử thành bình tác dụng lên A và
hướng vuông góc thành bình
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
54
1F
2F
AF
A
AF
A
1F
2F
AF
A
AF
A
Lực tổng hợp:
1 2AF F F
Để các phân tử chất lỏng trên bề mặt ở trạng thái cân
bằng thì lực tổng hợp tác dụng lên bề mặt phải vuông góc
với bề mặt.
Tùy thuộc vào mối
quan hệ giữa F1 và F2
mà lực tổng hợp FA
hoặc là hướng vào
chất lỏng hoặc là
hướng vào thành bình.
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
55
AF
A
AF
A
→ Bề mặt chất lỏng
gần thành bình bị
cong.
Cụ thể: Bề mặt chất lỏng gần thành bình bị cong lồi nếu
FA hướng vào trong lòng chất lỏng và cong lõm nếu FA
hướng vào thành bình.
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
56
Góc làm ướt θ
Là đại lượng đặc trưng cho
mức độ cong của bề mặt chất
lỏng gần thành bình
Định nghĩa
Góc làm ướt là góc hợp bởi
phương tiếp tuyến với bề
mặt chất lỏng gần thành
bình và phần thành bình mà
chất lỏng tiếp xúc
θ
θ
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
57
Nhận xét
θ < 90o: Chất lỏng làm ướt
vật tiếp xúc. Ví dụ: Nước
trong bình thủy tinh, giọt
dầu loang rộng trên mặt
nước
θ
θ
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
θ > 90o: Chất lỏng không
làm ướt vật tiếp xúc. Ví dụ:
Thủy ngân trong bình thủy
tinh, nước trên lá khoai,
nước trên nến
58
θ = 180o: Chất lỏng không làm ướt hoàn toàn vật tiếp
xúc.
§6. Sự làm ướt, không làm ướt. Áp suất phụ.
Hiện tượng mao dẫn
θ = 0o: Chất lỏng làm ướt hoàn toàn vật tiếp xúc. Khi
đó có lớp chất lỏng dính khắp bề mặt vật do các phân
tử vật tiếp xúc hút các phân tử chất lỏng
θ = 90o ???
59
II. Áp suất phụ
Do bề mặt chất lỏng gần thành bình luôn bị cong mà