液体在不同固体表面上的表面张力(液体表面现象之曲面下的附加压强)

 2025-02-09  阅读 756  评论 0

摘要:液体表面层相当于一个拉紧的弹性膜,若液体表面为曲面,则表面张力有拉平液面的趋势,从而,对液体产生附加压强。附加压强的方向由表面张力的方向确定,大小可用液面内外的压强差来表示。研究球形液面内外压强差的大小,如图,在液面处隔离出一个球帽状的小液块,分析其受力情况,可以看出,小液块受到三部分力的作用,一部

液体表面层相当于一个拉紧的弹性膜,若液体表面为曲面,则表面张力有拉平液面的趋势,从而,对液体产生附加压强。附加压强的方向由表面张力的方向确定,大小可用液面内外的压强差来表示。

研究球形液面内外压强差的大小,如图,

液体在不同固体表面上的表面张力(液体表面现象之曲面下的附加压强)(1)

在液面处隔离出一个球帽状的小液块,分析其受力情况,可以看出,小液块受到三部分力的作用,一部分力是通过小液块的边界线作用在液块上的表面张力,处处与该边界线垂直,并与球面相切,第二部分是液体内外的压强差产生的作用于液块底面向上的压力,第三部分是小液块的重力,他比前两部分力要小得多,可以忽略不计。

设球型液面半径为R单位长度液体表面的张力为T(大小即为液体的表面张力系数α),各量关系见图,T的垂直向下分量为Tsinθ,则小液块边界线所具有的总张力向下分量为:2πRsinθ×αsinθ=α×2πRsin²θ

液体在不同固体表面上的表面张力(液体表面现象之曲面下的附加压强)(2)

若液体内外的压强差用△p表示,则小液块所受的向上压力为:△P×πR²sin²θ

这两部分力方向相反,在平衡时它们的大小应该相等,所以:

α×2πRsin²θ=△P×πR²sin²θ

化简后:

液体在不同固体表面上的表面张力(液体表面现象之曲面下的附加压强)(3)

拉普拉斯公式

上式称为球形液面的拉普拉斯公式。其对于凸凹的球形液面都是适用的,如果液面是凸的,△p取正值,说明页面内的压强比页面外的压强大,如果液面是凸的,△p取负值说明液面内的压强小于液面外的压强。

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