Bài giảng Chương 8: Trạng thái lỏng

1.  Lực&tương&tác&phân&tử&<br /> <br /> Cấu'trúc'trạng'thái'lỏng'<br /> <br /> Fth+Fhút+Fđẩy%<br /> <br /> Chương'8'<br /> <br /> Fđẩy%<br /> <br /> Trạng'thái'lỏng'<br /> <br /> r0%<br /> Fhút%<br /> <br /> r&&r0,&lực&hút&chiếm&ưu&thế&<br /> r&=&r0,&lực&hút&cân&bằng&với&<br /> lực&đẩy&<br /> &<br /> &<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 2.  Thế&năng&tương&tác&phân&tử&<br /> <br /> 1.  Áp&suất&phân&tử&<br /> <br /> Cấu'trúc'trạng'thái'lỏng'<br /> <br /> r0%<br /> Wt,min<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Các&phân&tử&chỉ&tương&tác&với&nhau&ở&khoảng&cách&<br /> nhỏ&hơn&r&=&10Z9&m.&Khoảng&cách&này&gọi&là&bán&kính&<br /> tác&dụng&của&các&phân&tử.&Mặt&cầu&bán&kính&r&bao&<br /> quanh&phân&tử&gọi&là&mặt&cầu&tương&tác.&<br /> !  Với&các&phân&tử&nằm&trong&lòng&chất&lỏng,&mặt&cầu&<br /> tương&tác&chìm&hoàn&toàn&trong&chất&lỏng&nên&tổng&<br /> hợp&lực&tác&dụng&lên&phân&tử&bằng&không.&<br /> <br /> r&=&r0,&Thế&năng&đạt&giá&trị&cực&<br /> tiểu:&Wt,min%<br /> +&Wđ&&&Trạng&thái&rắn&<br /> +&Wđ&>&Wt,min&=>&&Trạng&thái&khí&<br /> +&Wđ&≈&Wt,min&=>&&Trạng&thái&lỏng&<br /> &<br /> <br /> Fth = 0<br /> 7/11/15'<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 1.  Áp&suất&phân&tử&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Với&các&phân&tử&nằm&gần&mặt&thoáng,&mặt&cầu&tương&<br /> tác&không&chìm&hoàn&toàn&trong&chất&lỏng&nên&tổng&<br /> hợp&lực&tác&dụng&lên&phân&tử&khác&không&hướng&vào&<br /> lòng&chất&lỏng.&<br /> !  “Lực hút mà các phân tử phía trong tác dụng lên các<br /> phân tử nằm gần bề mặt gây ra áp lực nén lên khối chất<br /> lỏng tạo ra một áp suất gọi là áp suất phân tử”.<br /> <br /> Fth = max<br /> <br /> Fth = 0<br /> <br /> 2.  Năng&lượng&mặt&ngoài&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Dưới&tác&dụng&của&áp&suất&phân&tử,&nếu&muốn&đưa&<br /> một&phât&tử&chất&lỏng&ở&lớp&trong&ra&mặt&thoáng&thì&<br /> ta&phải&cung&cấp&cho&nó&một&năng&lượng&nhất&định&để&<br /> thắng&lực&hút&của&các&phân&tử&phía&trong&(hay&nói&<br /> cách&khác,&để&thắng&áp&suất&phân&tử).&<br /> !  Vì&thế&ta&nói&rằng&các&phân&tử&nằm&gần&mặt&thoáng&có&<br /> một&thế&năng&nhất&định&gây&ra&bởi&lực&hút&của&các&<br /> phân&tử&phía&trong.&Thế&năng&này&được&gọi&là&năng&<br /> lượng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng.&<br /> ΔE = σ ⋅ ΔS<br /> <br /> Fth ≠ 0<br /> <br /> σ&(N/m)&được&gọi&là&hệ&số&sức&căng&mặt&ngoài&<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 3.  Hiện&tượng&căng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 4.  Lực&căng&mặt&ngoài&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Mọi&vật&luôn&có&xu&hướng&tồn&tại&ở&trạng&thái&có&thế&<br /> năng&cực&tiểu.&<br /> !  Vì&thế&năng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng&tỉ&lệ&thuận&với&<br /> diện&tích&mặt&ngoài&nên&chất&lỏng&luôn&có&xu&hướng&<br /> căng&mặt&ngoài&làm&cho&diện&tích&mặt&ngoài&nhỏ&nhất.&<br /> !  Hiện&tượng&mặt&ngoài&chất&lỏng&luôn&căng&ra&sao&cho&<br /> diện&tích&mặt&ngoài&nhỏ&nhất&gọi&là&hiện&tượng&căng&<br /> mặt&ngoài&của&chất&lỏng&<br /> ΔE = σ ⋅ ΔS<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> !  Thí&nghiệm&với&màng&xà&phòng:&Ta&tưởng&tượng&có&<br /> một&khung&hình&chữ&nhật,&có&thanh&nằm&ngang&có&thể&<br /> di&chuyển&tự&do&trên&khung&này.&<br /> !  Nhúng&toàn&bộ&khung&hình&chữ&nhật&vào&nước&xà&<br /> phòng&đậm&đặc,&thành&nằm&ngang&không&di&chuyển.&<br /> Nhắc&khung&hình&chữ&nhật&ra&khỏi&nước&xà&phòng&<br /> màng&xà&phòng&trong&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> khung&hình&chữ&nhật&có&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> T<br /> F<br /> xu&hướng&co&lại&để&giảm&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& L<br /> Màng'xà'phòng'<br /> thiểu&thế&năng&mặt&ngoài,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> kéo&thanh&nằm&ngang&di&chuyển.&<br /> Δx<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 4.  Lực&căng&mặt&ngoài&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Để&giữ&nguyên&hình&dạng&mặt&ngoài&ta&phải&tác&dụng&<br /> lên&thanh&nằm&ngang&một&lực&hướng&từ&trái&sang&<br /> phải&nhằm&giữ&cho&thanh&nằm&ngang&không&di&<br /> chuyển.&Lực&này&phải&cân&bằng&nhưng&ngược&hướng&<br /> với&sức&căng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng.&<br /> !  Giả&thiết&dưới&tác&dụng&của&lực&F,&thanh&nằm&ngang&<br /> dich&chuyển&một&đoạn&Δx,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> khi&đó&diện&tích&của&màng&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> T<br /> F<br /> L<br /> xà&phòng&tăng&lên&một&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> Màng'xà'phòng'<br /> lượng&ΔS&=&LΔx&làm&cho&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> năng&lượng&mặt&ngoài&tăng&theo&<br /> Δx<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 5.  Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Phân&tử&chất&lỏng&ở&vị&trí&P&sẽ&chịu&tác&dụng&của&lực&<br /> hút&FL&hướng&về&tâm&của&khối&chất&lỏng&do&các&phân&<br /> tử&khác&tác&dụng&lên&và&lực&FTB&do&lực&hút&của&các&<br /> phân&tử&cấu&tạo&lên&thành&bình&tác&dụng.&<br /> <br /> 4.  Lực&căng&mặt&ngoài&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Công&do&lực&F&thực&hiện&là:&<br /> <br /> !  Công&này&làm&tăng&năng&lượng&mặt&ngoài&của&màng&<br /> xà&phòng,&do&đó:&<br /> A = F ⋅ Δx<br /> <br /> A = F ⋅ Δx = ΔE = σ L ⋅ Δx<br /> F = σL<br /> <br /> Lực&căng&mặt&ngoài&của&chất&<br /> lỏng&tỉ&lệ&thuận&với&chu&vi&<br /> mặt&ngoài&của&chất&lỏng!&<br /> <br /> FTH<br /> <br /> FL<br /> <br /> Màng'xà'phòng'<br /> <br /> Δx<br /> 7/11/15'<br /> <br /> !  Nếu&tổng&hợp&các&lực&này&FTH&là&một&lực&hút&kéo&phân&<br /> tử&về&phía&thành&bình&thì&hình&dạng&mặt&ngoài&của&<br /> chất&lỏng&có&dạng&mặt&cong&lõm.&<br /> θ&gọi&là&góc&làm&ướt&<br /> <br /> FTH<br /> 7/11/15'<br /> <br /> L<br /> <br /> 5.  Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình&<br /> <br /> FTB θ<br /> <br /> P<br /> <br /> F<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> θ&gọi&là&góc&làm&ướt&<br /> <br /> FTB θ<br /> <br /> T<br /> <br /> P<br /> FL<br /> 7/11/15'<br /> <br /> 5.  Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình&<br /> <br /> Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'<br /> <br /> !  Nếu&lực&tổng&FTH&có&phương&hướng&vào&trong&chất&<br /> lỏng&thì&các&phân&tử&chất&lỏng&sẽ&bị&kéo&vào&trong&<br /> chất&lỏng,&kết&quả&là&mặt&thoáng&của&chất&lỏng&ở&gần&<br /> thành&bình&sẽ&có&dạng&mặt&cong&lồi.&<br /> θ&gọi&là&góc&làm&ướt&<br /> <br /> FTB θ<br /> <br /> FTB<br /> <br /> P<br /> <br /> P<br /> <br /> θ FTH<br /> Chất&lỏng&làm&<br /> ướt&thành&bình&<br /> <br /> FTH<br /> <br /> FL<br /> <br /> FL<br /> <br /> Chất&lỏng&không&<br /> làm&ướt&thành&bình&<br /> <br /> θ<br /> θ<br /> !  Nhúng&một&ống&có&đường&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> kính&nhỏ&mao&dẫn&thông&hai&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> h<br /> dầu&vao&trong&chất&lỏng,&khi&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> đó&dưới&tác&dụng&của&thành&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> phần&hướng&theo&phương&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> thẳng&đứng&của&lực&căng&mặt&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> ngoài,&cột&chất&lỏng&trong&ống&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> dâng&lên&hay&hạ&xuống.&<br /> h<br /> !  Hiện&tượng&này&gọi&là&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> “hiện'tượng'mao'dẫn”'<br /> F<br /> <br /> F<br /> <br /> F<br /> <br /> F<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 2.  Áp&suất&phụ&dưới&mặt&cong&(mặt&khum)&<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 2.  Áp&suất&phụ&dưới&mặt&cong&(mặt&khum)&<br /> <br /> Hiện'tượng'mao'dẫn'<br /> <br /> Hiện'tượng'mao'dẫn'<br /> <br /> !  Do&hiện&tượng&dính&ướt&và&không&dính&ướt,&mặt&<br /> ngoài&của&chất&lỏng&đựng&trong&bình&luôn&có&dạng&<br /> mặt&khum&<br /> &<br /> <br /> !  ΔF2<br /> &&&&&&&hướng&theo&phương&ngang&nên&không&gây&ra&áp&<br /> !<br /> ΔF1<br /> lực&lên&mặt&chất&lỏng,&chỉ&có&&&&&&&&gây&ra&áp&suất&phụ&<br /> nén&lên&mặt&chất&lỏng&<br /> !  Tổng&hợp&lực&<br /> !<br /> <br /> !  Xét&một&mặt&khum&lồi&<br /> !<br /> Δℓ<br /> Δℓ<br /> ΔF2<br /> r<br /> Δℓ<br /> !  Xét&một&phần&tử&&&&&&trên&chu&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> θ<br /> θ<br /> R<br /> vi&của&nó,&chịu&tác&dụng&của&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& !<br /> !<br /> !<br /> lực&căng& ΔF<br /> ΔF1 ΔF<br /> !<br /> !<br /> !<br /> !  Phân&tích&&&&&&&thành&2&thành&phần&&&&&&&&và&&&&&&&&có&độ&lớn&<br /> ΔF1<br /> ΔF<br /> ΔF2<br /> ΔF1 = ΔF sin θ và ΔF2 = ΔF cos θ<br /> <br /> 1.  Hiện&tượng&<br /> <br /> Hiện'tượng'mao'dẫn'<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> F = ∑ ΔF1 = ∑ ΔF sin θ<br /> <br /> r σr<br /> =<br /> ∑ Δℓ<br /> R R<br /> 2σ<br /> σr<br /> =<br /> ⋅ 2 πr =<br /> ⋅ πr 2<br /> R<br /> R<br /> = ∑σ ⋅ Δℓ ⋅<br /> <br /> Δℓ<br /> <br /> !  Áp&suất&phụ&dưới&mặt&khum&<br /> p=<br /> <br /> F 2σ π r 2 2σ<br /> =<br /> ⋅<br /> =<br /> S<br /> R πr 2<br /> R<br /> <br /> r<br /> <br /> θ<br /> <br /> R<br /> <br /> !<br /> Δℓ<br /> ΔF2<br /> θ<br /> !<br /> ΔF1<br /> <br /> Mặt&khum&lõm&=>& p = −<br /> <br /> 2σ<br /> R<br /> <br /> !<br /> ΔF<br /> <br /> 7/11/15'<br /> <br /> 3.  Chiều&cao&của&cột&chất&lỏng&dâng&lên&(hay&hạ&<br /> xuống)&trong&ống&mao&dẫn&<br /> p<br /> p<br /> Hiện'tượng'mao'dẫn'<br /> <br /> 3.  Chiều&cao&của&cột&chất&lỏng&dâng&lên&(hay&hạ&<br /> xuống)&trong&ống&mao&dẫn&<br /> p<br /> p<br /> Hiện'tượng'mao'dẫn'<br /> <br /> R<br /> !  Xét&hai&điểm&M&và&N&trên&cùng&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> θ<br /> r<br /> một&độ&cao&(hình&vẽ)&<br /> θ<br /> h<br /> !  Áp&suất&tại&điểm&N&là&áp&suất&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&<br /> N<br /> M<br /> khí&quyển.&<br /> <br /> !  Điểm&M&vừa&chịu&áp&suất&khí&quyển,&áp&suất&tĩnh&của&<br /> cột&chất&lỏng&có&chiều&cao&h,&đồng&thời&nó&còn&chịu&áp&<br /> suất&phụ&p&của&mặt&cong&của&chất&lỏng&(trong&trường&<br /> hợp&này&do&p&hướng&lên&trên&nên&p&