Cấu'trúc'trạng'thái'lỏng'
1.
Lực&tương&tác&phân&tử&
Fth+Fhút+Fđẩy%
Fđẩy%
r r r
r r r
Chương'8' Trạng'thái'lỏng'
r0%
0,&lực&đẩy&chiếm&ưu&thế& 0,&lực&hút&chiếm&ưu&thế& 0,&lực&hút&cân&bằng&với&
Fhút%
&<& &>& &=& lực&đẩy& & &
7/11/15'
7/11/15'
Cấu'trúc'trạng'thái'lỏng'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
r
r
2.
Z9
Thế&năng&tương&tác&phân&tử& Wt,min% 0,&Thế&năng&đạt&giá&trị&cực&
&m.&Khoảng&cách&này&gọi&là&bán&kính&
!
Wt,min Wt,min Wt,min
r0%
&<& &>& &≈&
&=>&&Trạng&thái&rắn& &=>&&Trạng&thái&khí& &=>&&Trạng&thái&lỏng&
&=& Wđ tiểu:& Wđ +& Wđ +& +& &
Wt,min
! 1. Áp&suất&phân&tử& Các&phân&tử&chỉ&tương&tác&với&nhau&ở&khoảng&cách& nhỏ&hơn&r&=&10 tác&dụng&của&các&phân&tử.&Mặt&cầu&bán&kính&r&bao& quanh&phân&tử&gọi&là&mặt&cầu&tương&tác.& Với&các&phân&tử&nằm&trong&lòng&chất&lỏng,&mặt&cầu& tương&tác&chìm&hoàn&toàn&trong&chất&lỏng&nên&tổng& hợp&lực&tác&dụng&lên&phân&tử&bằng&không.&
Fth = 0
7/11/15'
7/11/15'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
!
! Áp&suất&phân&tử& 1. Với&các&phân&tử&nằm&gần&mặt&thoáng,&mặt&cầu&tương& tác&không&chìm&hoàn&toàn&trong&chất&lỏng&nên&tổng& hợp&lực&tác&dụng&lên&phân&tử&khác&không&hướng&vào& ! “Lực hút mà các phân tử phía trong tác dụng lên các lòng&chất&lỏng.& phân tử nằm gần bề mặt gây ra áp lực nén lên khối chất lỏng tạo ra một áp suất gọi là áp suất phân tử”.
! Năng&lượng&mặt&ngoài& 2. Dưới&tác&dụng&của&áp&suất&phân&tử,&nếu&muốn&đưa& một&phât&tử&chất&lỏng&ở&lớp&trong&ra&mặt&thoáng&thì& ta&phải&cung&cấp&cho&nó&một&năng&lượng&nhất&định&để& thắng&lực&hút&của&các&phân&tử&phía&trong&(hay&nói& cách&khác,&để&thắng&áp&suất&phân&tử).& Vì&thế&ta&nói&rằng&các&phân&tử&nằm&gần&mặt&thoáng&có& một&thế&năng&nhất&định&gây&ra&bởi&lực&hút&của&các& phân&tử&phía&trong.&Thế&năng&này&được&gọi&là&năng& ΔE = σ ⋅ ΔS lượng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng.&
Fth ≠ 0 Fth = max
σ
N
m
Fth = 0
7/11/15'
7/11/15'
&(
/
)&được&gọi&là&hệ&số&sức&căng&mặt&ngoài&
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
ΔE = σ ⋅ ΔS
Hiện&tượng&căng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng& 3. !
!
!
!
T L
Màng'xà'phòng'
Δx
Mọi&vật&luôn&có&xu&hướng&tồn&tại&ở&trạng&thái&có&thế& năng&cực&tiểu.& Vì&thế&năng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng&tỉ&lệ&thuận&với& diện&tích&mặt&ngoài&nên&chất&lỏng&luôn&có&xu&hướng& căng&mặt&ngoài&làm&cho&diện&tích&mặt&ngoài&nhỏ&nhất.& Hiện&tượng&mặt&ngoài&chất&lỏng&luôn&căng&ra&sao&cho& diện&tích&mặt&ngoài&nhỏ&nhất&gọi&là&hiện&tượng&căng& mặt&ngoài&của&chất&lỏng&
7/11/15'
7/11/15'
! 4. Lực&căng&mặt&ngoài& Thí&nghiệm&với&màng&xà&phòng:&Ta&tưởng&tượng&có& một&khung&hình&chữ&nhật,&có&thanh&nằm&ngang&có&thể& di&chuyển&tự&do&trên&khung&này.& Nhúng&toàn&bộ&khung&hình&chữ&nhật&vào&nước&xà& phòng&đậm&đặc,&thành&nằm&ngang&không&di&chuyển.& Nhắc&khung&hình&chữ&nhật&ra&khỏi&nước&xà&phòng& F màng&xà&phòng&trong&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& khung&hình&chữ&nhật&có&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& xu&hướng&co&lại&để&giảm&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& thiểu&thế&năng&mặt&ngoài,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& kéo&thanh&nằm&ngang&di&chuyển.&
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
F
A = F ⋅ Δx
! Lực&căng&mặt&ngoài& 4. Công&do&lực&
&thực&hiện&là:&
!
F
!
Công&này&làm&tăng&năng&lượng&mặt&ngoài&của&màng& A = F ⋅ Δx = ΔE = σL ⋅ Δx xà&phòng,&do&đó:& F = σL
x
T F L L
Màng'xà'phòng'
S
x
Δx Δx
&làm&cho&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&=&
Δ
Lực&căng&mặt&ngoài&của&chất& lỏng&tỉ&lệ&thuận&với&chu&vi& mặt&ngoài&của&chất&lỏng!&
7/11/15'
7/11/15'
! Lực&căng&mặt&ngoài& 4. Để&giữ&nguyên&hình&dạng&mặt&ngoài&ta&phải&tác&dụng& lên&thanh&nằm&ngang&một&lực&hướng&từ&trái&sang& phải&nhằm&giữ&cho&thanh&nằm&ngang&không&di& chuyển.&Lực&này&phải&cân&bằng&nhưng&ngược&hướng& với&sức&căng&mặt&ngoài&của&chất&lỏng.& ,&thanh&nằm&ngang& Giả&thiết&dưới&tác&dụng&của&lực& T F ,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& dich&chuyển&một&đoạn&Δ khi&đó&diện&tích&của&màng&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& Màng'xà'phòng' L xà&phòng&tăng&lên&một&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& lượng&Δ năng&lượng&mặt&ngoài&tăng&theo&
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
P
FTH
FL
&là&một&lực&hút&kéo&phân&
&sẽ&chịu&tác&dụng&của&lực& FTB &hướng&về&tâm&của&khối&chất&lỏng&do&các&phân&
&do&lực&hút&của&các&
! 5. Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình& Nếu&tổng&hợp&các&lực&này& tử&về&phía&thành&bình&thì&hình&dạng&mặt&ngoài&của& chất&lỏng&có&dạng&mặt&cong&lõm.&
! 5. Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình& Phân&tử&chất&lỏng&ở&vị&trí& hút& tử&khác&tác&dụng&lên&và&lực& phân&tử&cấu&tạo&lên&thành&bình&tác&dụng.&
θ θ
FTB FTB &gọi&là&góc&làm&ướt& P &gọi&là&góc&làm&ướt& P θ θ
FL FL FTH FTH
7/11/15'
7/11/15'
Các'hiện'tượng'mặt'ngoài'của'chất'lỏng'
Hiện'tượng'mao'dẫn'
F
F
θ
θ
FTH
h
θ FTB
! Dạng&mặt&ngoài&ở&gần&thành&bình& 5. Nếu&lực&tổng& &có&phương&hướng&vào&trong&chất& lỏng&thì&các&phân&tử&chất&lỏng&sẽ&bị&kéo&vào&trong& chất&lỏng,&kết&quả&là&mặt&thoáng&của&chất&lỏng&ở&gần& thành&bình&sẽ&có&dạng&mặt&cong&lồi.& P
FTB &gọi&là&góc&làm&ướt& P θ FL FTH θ
!
FL FTH
! Hiện&tượng& 1. Nhúng&một&ống&có&đường&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& kính&nhỏ&mao&dẫn&thông&hai&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& dầu&vao&trong&chất&lỏng,&khi&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& đó&dưới&tác&dụng&của&thành&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& phần&hướng&theo&phương&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& thẳng&đứng&của&lực&căng&mặt&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ngoài,&cột&chất&lỏng&trong&ống&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& h dâng&lên&hay&hạ&xuống.& “hiện'tượng'mao'dẫn”' Hiện&tượng&này&gọi&là&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
F
F
7/11/15'
7/11/15'
Chất&lỏng&không& làm&ướt&thành&bình& Chất&lỏng&làm& ướt&thành&bình&
Hiện'tượng'mao'dẫn'
Hiện'tượng'mao'dẫn'
! F2 Δ ! F1
!
! 2. Áp&suất&phụ&dưới&mặt&cong&(mặt&khum)& Do&hiện&tượng&dính&ướt&và&không&dính&ướt,&mặt& ngoài&của&chất&lỏng&đựng&trong&bình&luôn&có&dạng& mặt&khum&
Δℓ
Δℓ
Δℓ
Δℓ
Δ
Δ
! F2
! F2
= Δℓ∑
! Δ Áp&suất&phụ&dưới&mặt&cong&(mặt&khum)& 2. &&&&&&&hướng&theo&phương&ngang&nên&không&gây&ra&áp& lực&lên&mặt&chất&lỏng,&chỉ&có&&&&&&&&gây&ra&áp&suất&phụ& nén&lên&mặt&chất&lỏng& ∑ ΔF1∑ = ΔF sinθ F = Tổng&hợp&lực& r = σ ⋅ Δℓ ⋅ R
r
r
θ
θ
θ
θ
σr R Δℓ
& ! !
R
R
= ⋅ 2πr = ⋅πr 2
∑ σr R
! F
Δ
Δ
Δ
! F1
! F1
2σ R Δ
!
! F Δ ! F1 ! F2
!
p = − = ⋅ Δ Δ ΔF1 = ΔF sinθ và ΔF2 = ΔF cosθ 2σ R F S 2σ R 2σ R
7/11/15'
7/11/15'
πr 2 p = πr 2 = Áp&suất&phụ&dưới&mặt&khum&
Xét&một&mặt&khum&lồi& ! ! Xét&một&phần&tử&&&&&&trên&chu&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& F Δ F vi&của&nó,&chịu&tác&dụng&của&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& lực&căng& Phân&tích&&&&&&&thành&2&thành&phần&&&&&&&&và&&&&&&&&có&độ&lớn&
Mặt&khum&lõm&=>&
Hiện'tượng'mao'dẫn'
Hiện'tượng'mao'dẫn'
p
p
R
R
θ r
θ r
h
h
θ
θ
N
M
M
p Chiều&cao&của&cột&chất&lỏng&dâng&lên&(hay&hạ& 3. ! xuống)&trong&ống&mao&dẫn& pM = pN ⇒ p0 = p0 + ρgh + p Vì&M&và&N&nằm&ở&cùng&độ&cao& ⇒ p = −ρgh ⇒ h = −
p ρg
pN = p0 p = − ⇒ h =
!
p Chiều&cao&của&cột&chất&lỏng&dâng&lên&(hay&hạ& 3. ! xuống)&trong&ống&mao&dẫn& Xét&hai&điểm&M&và&N&trên&cùng&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ! một&độ&cao&(hình&vẽ)& N Áp&suất&tại&điểm&N&là&áp&suất&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& khí&quyển.&
2σ R 2σ ρRg
!
Mặt&khác&
!
⇒ h = R =
Nếu&ống&mao&quản&là&một&hình&trụ&bán&kính&r&thì&mặt& 2σcosθ r thoáng&có&dạng&chỏm&cầu&bán&kính&R& cosθ ρrg
pM = p0 + ρgh + p
Điểm&M&vừa&chịu&áp&suất&khí&quyển,&áp&suất&tĩnh&của& cột&chất&lỏng&có&chiều&cao&h,&đồng&thời&nó&còn&chịu&áp& suất&phụ&p&của&mặt&cong&của&chất&lỏng&(trong&trường& hợp&này&do&p&hướng&lên&trên&nên&p&<&0)&
7/11/15'
7/11/15'
Hiện'tượng'mao'dẫn'
p
R
θ r
h
θ
p Chiều&cao&của&cột&chất&lỏng&dâng&lên&(hay&hạ& 3. ! xuống)&trong&ống&mao&dẫn& Vậy&
N
M
h = 2σcosθ ρrg
Hết'chương'8'
!
0° <θ < 90° ⇒ cosθ > 0 ⇒ h > 0 Nếu& 90° <θ < 180° ⇒ cosθ < 0 ⇒ h < 0
