BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
Chương 5: CHẤT LỎNG
NỘI DUNG
Chương 5. CHẤT LỎNG
5.1. ÁP SUẤT PHÂN TỬ
5.2. NĂNG LƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG
5.3. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN
Tương tác phân tử
Để các phân tử tách nhau ra xa thì động
năng Wđ của phân tử phải ≥ Umin
Đối với trạng thái lỏng, Wđ ~ Umin,
các phân tử vừa dao động xung quanh
vị trí cân bằng, vừa có thể dịch
chuyển trong toàn khối chất lỏng.
Áp suất phân tử
Lực tác dụng giữa các phân tử có tác
dụng khi các phân tử ở gần nhau.
Lấy một phân tử làm tâm và vẽ mặt
cầu sao cho chỉ có các phân tử ở bên
trong mặt cầu mới tác dụng lên phân
tử ở tâm. Mặt cầu bảo vệ
Phân tử ở sâu bên trong chất lỏng, lực hút cân bằng nhau.
Phân tử nằm ở lớp ngoài, xuất hiên lực kéo vào bên trong.
Áp suất phân tử
Áp suất phân tử
Lực nén rất lớn không làm phân tử chất lỏng lại sát nhau vì
sẽ xuất hiện lực đẩy chống lại.
Không đo được áp suất phân tử vì nó hướng vào trong lòng
chất lỏng, không tác dụng lên thành bình.
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Các phân tử chất lỏng ở lớp bên ngoài bị hút
Năng lượng phân tử gồm động năng chuyển động nhiệt và
thế năng do lực hút của các phân tử bên trong.
Muốn đưa phân tử từ sâu bên trong ra bên ngoài cần thực
hiện công chống lại lực hút phân tử (năng lượng của các
phân tử bên ngoài lớn hơn bên trong)
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng:
Với σ (J/m2) là hệ số sức căng mặt ngoài.
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng:
E . S
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Hệ ở trạng thái cân bằng bền khi thế năng cực tiểu
Chất lỏng ở trạng thái cân bằng bên khi diện tích mặt
ngoài của nó nhỏ nhất.
Diện tích mặt ngoài có xu hướng tự co lại.
Lực tác dụng vuông góc với chu vi và tiếp tuyến với mặt
ngoài để giữ nguyên tình trạng của mặt ngoài gọi là sức
căng mặt ngoài.
Sức căng mặt ngoài:
F . l
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Sức căng mặt ngoài:
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Xét hệ có ba chất giới hạn với nhau là rắn, lỏng, khí:
Hệ có cấu hình cực tiểu của thế năng toàn phần.
Đường cong giới hạn có dạng trên mặt vật rắn sao cho tổng
các hình chiếu của các lực căng mặt ngoài tác dụng lên mỗi
phần tử của đường cong kín đó phải bằng không.
Hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng
Hiện tượng dính ướt và không dính ướt:
Hiện tượng mao dẫn
Do hiện tượng dính ướt hay không dính ướt, mặt ngoài của
chất lỏng đựng trong bình có dạng mặt khum
Áp suất dưới mặt khum:
Hiện tượng mao dẫn
Áp suất dưới mặt khum:
Hiện tượng mao dẫn
Áp suất dưới mặt khum:
Áp suất phụ gây ra bởi mặt
khum:
Dấu “+” ứng với mặt khum lồi
Dấu “-” ứng với mặt khum lõm
2p
R
Hiện tượng mao dẫn
Áp suất dưới mặt khum:
Trường hợp tổng quát, áp suất
phụ gây ra bởi mặt khum:
R1, R2 là bán kính cong của hai
tiếp tuyến vuông góc tại điểm
đang xét.
1 2
1 1p
R R
Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mao dẫn:
Hiện tượng mao dẫn
Hiện tượng mao dẫn:
Trường hợp dính ướt, mặt khum lõm, áp suất phụ hướng
lên làm mức chất lỏng trong ống dâng lên:
Nếu dính ướt hoàn toàn:
Tương tự với trường hợp không dính ướt.
p 2 2 cosh
g R g r g
2h
r g
Một số bài tập cần làm
Bài tập chương 11 (Sách BT tập 1):
1, 2, 4, 6, 7, 9, 15
Một số bài tập ví dụ
Ví dụ:Một cái khung làm bằng những
thanh kim loại cứng (Hình vẽ), cạnh
có thể trượt dài 15cm. Khung được
phủ màng nước xà phòng có sức căng
mặt ngoài 0,045 N/m. Tính công cần
thực hiện để kéo thanh ra 4 cm.
Một số bài tập ví dụ
Ví dụ: Tính công cần thực hiện để thổi một bong bóng xà
phòng đạt đến bán kính 7 cm. Sức căng mặt ngoài của nước xà
phòng là 4.10-2 N/m. Áp suất khí quyển 1,01.105 N/m2.