表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象.ppt

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1、浮力、表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象,尤 明 慶 2008 年 10 月 19 日,1） 引 言 2） Pascal 原理 3) Bernoulli 方程 4） 虹吸現(xiàn)象（Siphonage) 5) 結(jié)束語(yǔ),Pascal 原理及 Bernoulli 方程,復(fù)習(xí),靜 水 壓 力,力是物體之間的相互作用 壓力是流體內(nèi)部單位面積的的作用力 壓力垂直于作用面 流體壓力與位置有關(guān)，與方向無(wú)關(guān)，即： 同一位置，各個(gè)方向的壓力相等 力的單位是Newton，符號(hào) N; 壓力的單位是 Pascal ，符號(hào) Pa; 1 N =1 kg m/s2, 1 Pa = 1N/m2, 1 MPa = 106 Pa,單位符號(hào)的確定規(guī)則,

2、Pascals law or Pascals principle,A change in the pressure of an enclosed incompressible fluid is conveyed undiminished to every part of the fluid and to the surfaces of its container,P=gH,From Wikipedia, the free encyclopedia,The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid

3、 column is given by:,Pascals law or Pascals principle,高度變化所引起的壓力差異,P=gH,The difference of pressure due to a difference in elevation within a fluid column is given by:,S PA = S PB+ g（HB - H A)S,力 平 衡 方 程,Pascals law or Pascals principle,高度變化所引起的壓力差異,P=gH,S PA = S PB+ g（HB - H A)S,力 平 衡 方 程,,,HB,PA +g

4、 H A = PB + gHB,靜止流體重力勢(shì)能與壓力能總和守恒,煙囪的作用,,,PA,PB,PB,P外=冷 gH，大,P內(nèi) =熱gH，小,假如不流動(dòng)：,煙囪出口處熱空氣壓力較高，因而,壓力也是能量，其來(lái)源是,煙囪的作用,,,PA,PB,PB,礦井自然通風(fēng)系統(tǒng) 冬天 夏天,壓力也是能量，其來(lái)源是,Bernoulli 方程,PA +g H A = PB + gHB,靜止流體重力勢(shì)能與壓力能總和守恒,流體從水面到出口將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為壓力能，再將壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,Bernoulli 方程,P,H,P +g H + V 2 /2 = 常數(shù),不考慮流動(dòng)的損失，重力勢(shì)能、壓力能和動(dòng)能的總和守恒,流體從水面

5、到出口將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為壓力能，再將壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,,,出流速度,,出流是一個(gè) 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,與自由落體運(yùn)動(dòng)的速度完全相同,Bernoulli 方程,P,H,P +g H + V 2 /2 = 常數(shù),不考慮流動(dòng)的損失，重力勢(shì)能、壓力能和動(dòng)能的總和守恒,,出流速度,,沿程阻力損失 局部阻力損失,流體能量 P +g H + V 2 /2 實(shí)際上逐步降低,Bernoulli 方程,P,H,,出流速度,,沿程阻力損失 局部阻力損失,流體能量 P +g H + V 2 /2 實(shí)際上逐步降低,沿程阻力損失：沿直管流動(dòng)，流體與管壁摩擦引起的，與管徑成反比，與動(dòng)能成正比，比例系數(shù)與流體、管道粗糙特征等有關(guān)。,B

6、ernoulli 方程,P,H,,出流速度,,沿程阻力損失 局部阻力損失,流體能量 P +g H + V 2 /2 實(shí)際上逐步降低,局部阻力損失：因流體運(yùn)動(dòng)的速度大小和方向改變而引起的能量損失，與動(dòng)能成正比，比例系數(shù)與流體、管道（速度改變）特征等有關(guān)。,用塑料水管澆花，縮小其出口面積能使水流噴到更遠(yuǎn)的地方 一般的說(shuō)法是，面積減小，速度增大，因而可以噴得更遠(yuǎn)。 說(shuō)這句話時(shí)，實(shí)際上心中有這樣的一個(gè)認(rèn)識(shí)：改變出口面積時(shí)水管的出流量不變。不過(guò)，,若將管子 完全捏住 ， 流量等于0，速度？！,澆花水的塑料管,減小出口面積，增大整個(gè)系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，因而流量減??；出口面積為零，流量為零。 流量減小，水到達(dá)出

7、口處的壓力損失就減小，使得出口處的壓力增大；流量為零，出口處壓力 - - 出口處壓力增大，噴出速度就有可能增大，水流也就有可能噴到更遠(yuǎn)的地方。不過(guò) - -,澆花水的塑料管,水暖為什么由上而下供應(yīng)用用戶,利用流體的重力勢(shì)能克服流動(dòng)阻力,虹吸：利用曲管將液體經(jīng)高于液面的地方引向低于液面,A siphon is a continuous tube that allows liquid to drain from a reservoir through an intermediate point that is higher than the reservoir, the flow being dri

8、ven only by the difference in hydrostatic pressure without any need for,Pumping. It is necessary that the final end of the tube be lower than the liquid surface in the reservoir.,有什么用途？,水往低處流是內(nèi)因，本性; 大氣壓是外因，環(huán)境；而 曲管內(nèi)充滿水是觸發(fā)條件，機(jī)遇！,虹吸現(xiàn)象,1） 金魚缸換水 2） 當(dāng)年吃車加油 3） 清洗豬肺 4） 等等,虹吸現(xiàn)象,戒,杯,量變引起質(zhì)變 質(zhì)變不可逆轉(zhuǎn) 臨界點(diǎn)隱蔽難知,B,貪,

9、,辭海, 縮印本上海辭書出版社1999年 定價(jià) 230元,虹吸現(xiàn)象 ： 裝置通常處在大氣中，但即使兩貯水器液面為真空，虹吸現(xiàn)象也能實(shí)現(xiàn) 辭海2244頁(yè),？,？,鴛鴦壺,本實(shí)用新型涉及一種可以盛裝各種液體的鴛鴦壺，由壺體、壺嘴、壺把和壺蓋組成。壺體內(nèi)由隔板分隔成兩個(gè)空腔，并分別與通往壺嘴的通液道相通，在壺體頂部設(shè)有加液孔，壺把上設(shè)有進(jìn)氣孔，使用時(shí)可隨意選擇壺內(nèi)任一種液體。該鴛鴦壺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型美觀、制造容易、成本低，使用方便，特別適合于家庭、食堂、餐廳使用。,申請(qǐng)專利號(hào) CN90200662.2 專利申請(qǐng)日 1990.01.16 名稱 鴛 鴦 壺 申請(qǐng)（專利權(quán)） 崔 富 勝,實(shí) 用 新 型,

10、Mandarin duck,浮力、表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象,引言 浮力定律 表面張力 毛細(xì)現(xiàn)象 結(jié)語(yǔ),液體對(duì)各個(gè)方向都有壓力，而壓力隨深度線性增加。 浮力是液體壓力對(duì)固體表面作用的合力，等于物體所排開液體的重量,液體的浮力,力在豎直方向分解,液體對(duì)各個(gè)方向都有壓力，而壓力隨深度線性增加。 浮力是液體壓力對(duì)固體表面作用的合力，等于物體所排開液體的重量,約在公元200年三國(guó)時(shí)曹沖稱象,公元前約200年，阿基米德利用浮力替國(guó)王確定王冠的含金量,液體的浮力,冰密度小于水（隨結(jié)構(gòu)變化），冰山露出水面部分為總體積的1/71/5，所謂冰山的一角。 融化后正好充填其水下部分的體積，不會(huì)引起水面的上升。 南極洲的冰架

11、壓在陸地上，斷裂跌入海中時(shí)海平面就上升了，并不要等到冰山融化。,液體的浮力,魚通過(guò)給鰾充氣或放氣改變體積調(diào)整浮力。潛水艇 利用浮力定律時(shí)必須要求物體表面都承受液體的壓力。 如果潛艇伏底在淤泥中，就有會(huì)失去下方的壓力，從而被壓死永遠(yuǎn)不能浮出水面。,液體的浮力,3 處錯(cuò) ！,阿基米得為世人所熟知的故事是浮力定律的發(fā)現(xiàn)。有一天他從澡盆里跳出來(lái)，跑到大街上大喊：“我找到了！”因?yàn)樗M(jìn)澡盆時(shí)，看見了水從盆緣溢流出來(lái)，于是想出了計(jì)算制作國(guó)王皇冠用了多少黃金的方法把皇冠放入注滿水的容器中，溢出水的體積相當(dāng)于皇冠的體積。這就是人盡皆知的浮力定律。,浮心：浮力的作用點(diǎn),浮體的位置和穩(wěn)定性 球體 圓柱體 正方體

12、 等等,分子之間存在引力，液體內(nèi)部每一個(gè)分子都受到周圍分子的引力，處于平衡狀態(tài)。 但邊界處的分子只受到內(nèi)部分子的引力，呈收縮趨勢(shì)，存在一種張力。荷葉上的水滴、浮在水面上的硬幣就是表面張力的作用。,表面張力,不沾濕,昆蟲在水面上行走,Surface tension：Robert Anderson,光的干涉條紋顯示水面高度的微小變化,分子之間存在引力，液體內(nèi)部每一個(gè)分子都受到周圍分子的引力，處于平衡狀態(tài)。 但邊界處的分子只受到內(nèi)部分子的引力，呈收縮趨勢(shì)，存在一種張力。荷葉上的水滴、浮在水面上的硬幣就是表面張力的作用。,表面張力,表面張力是出現(xiàn)在液體表面的張力，并不是作用在表面的張力。 其起因?qū)嶋H上

13、是界面所造成的不對(duì)稱,液體表面所接觸的有固體和氣體,肥皂泡因表面張力才存在。半徑 R 肥皂泡，有兩層表面，都產(chǎn)生張力。內(nèi)部壓力 P2 大于肥皂液壓力 P1，而 P1 又大于大氣壓 P0,(P2 P1 ) R22RT (P1 P0 ) R22RT,吹肥皂泡的少年 法夏爾丹,P2P0 4T / R,表面張力,肥皂泡因表面張力才存在。半徑 R 肥皂泡，有兩層表面，都產(chǎn)生張力。內(nèi)部壓力 P2 大于肥皂液壓力 P1，而 P1 又大于大氣壓 P0,吹肥皂泡的少年 法夏爾丹,P2P0 4T / R,表面張力,20時(shí)水的表面張力系數(shù)為0.073N/m。,肥皂液的表面張力系數(shù)較小,固體分子對(duì)液體分子的引力大于液

14、體分子之間的引力，則稱液體對(duì)固體是沾濕的，如水對(duì)玻璃，柴油對(duì)鐵皮；反之稱為不沾濕的，如水銀對(duì)玻璃，水對(duì)荷葉。,液體對(duì)固體的沾濕和不沾濕,柴油對(duì)鐵皮的沾濕： 危害與防治,一個(gè)細(xì)玻璃管插入水中，水面會(huì)上升。其原因是玻璃管壁對(duì)水分子的引力大于水分子之間的引力。這在玻璃管的內(nèi)外表面都能看到。,2r T cosrhg h 2T cos /g r,直徑1 mm 的干凈管子內(nèi)，水面可上升 30 mm,毛細(xì)現(xiàn)象,纖維將水從下方引到高處,Dehra Dun-Waterfall at Sahastradhara generated by upward capillary action,土地的鹽堿化源于毛細(xì)現(xiàn)象抽吸地下水,灌溉以及水庫(kù)會(huì)引起地下水上升，如果達(dá)到土壤毛細(xì)作用范圍，蒸發(fā)就會(huì)使地下水持續(xù)上升，水被蒸發(fā)，留下礦物質(zhì)，引起土地鹽堿化。 植樹、治沙與土地荒漠化,,,,土地的鹽堿化源于毛細(xì)現(xiàn)象抽吸地下水,,,祝大家 學(xué)習(xí)愉快 萬(wàn)事如意,祝大家 學(xué)習(xí)愉快 萬(wàn)事如意,