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.