Bài 6 Chất lỏng

BÀI 6 CHẤT LỎNG (TIẾT 1) 6.2. CÁC HIỆN TƯỢNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG 1. áp suất phân tử 2. Năng lượng mặt ngoài và sức căng mặt ngoài 2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng. 2.2. Sức căng mặt ngoài Hình 1: Mặt cầu bảo vệ 1. áp suất phân tử * Mặt cầu bảo vệ: - Đối với các phân tử nằm ở vị trí (3), lực tác dụng lên mỗi phân tử đó không bù trừ cho nhau (Hình 1) và mỗi phân tử chịu một lực tổng hợp hướng vào trong chất lỏng. Lực này ép lên phần chất lỏng phía trong và gây nên một áp suất gọi là áp suất phân tử. - Đặc điểm: + Đối với nước áp suất phân tử có giá trị đến hàng vạn atmophe. + Mặc dầu áp suất phân tử rất lớn nhưng nó không nén được các phân tử ở phía trong sít nhau lại. Vì khi các phân tử sít lại gần nhau một khoảng cách nhỏ hơn r0 (r0 là khoảng cách mà tại đó lực hút cân bằng với lực đẩy) thì lúc đó lực đẩy lại chống lại áp suất phân tử và làm cho các phân tử không sít lại nhau. Do đó các chất lỏng có tính khó nén . 1. áp suất phân tử 2. Năng lượng mặt ngoài và sức căng mặt ngoài của chất lỏng 2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng + Các phân tử lớp ngoài bị các phân tử ở phía trong hút, vì vậy năng lượng của chúng ngoài động năng chuyển động nhiệt còn có thế năng quy định bởi các lực hút đó. + Nếu nhiệt độ đồng đều, thì năng lượng trung bình chuyển động nhiệt của các phân tử mặt ngoài và phía trong giống nhau, còn về thế năng thì khi đem phân tử từ các lớp trong ra mặt ngoài, ta cần thực hiện một công chống lại lực hút phân tử công đó cũng làm tăng thế năng phân tử. Do đó các phân tử ở lớp mặt ngoài có thế năng lớn hơn so với thế năng của các phân tử phía trong. + Như vậy các phân tử mặt ngoài có năng lượng tổng cộng lớn hơn so với năng lượng của các phân tử phía trong. Phần năng lượng lớn hơn đó đựơc gọi là năng lượng mặt ngoài của chất lỏng. 2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng Gọi Δ E và Δ S là năng lượng và diện tích mặt ngoài, ta có (1) : hệ số sức căng mặt ngoài (N/m). ΔE = .ΔS  2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng Một hệ ở trạng thái cân bằng bền lúc thế năng cực tiểu => vì vậy chất lỏng ở trạng thái cân bằng bền lúc diện tích mặt ngoài của nó nhỏ nhất. 2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng Nếu ta khử tác dụng của trọng lực, thì khối chất lỏng sẽ có dạng hình cầu, tức là hình có diện tích mặt ngoài nhỏ nhất trong các hình có cùng diện tích. Nước + Rượu 2.1. Năng lượng mặt ngoài của chất lỏng 2.2. Sức căng mặt ngoài Các thí nghiệm trên đây chứng tỏ diện tích mặt ngoài của chất lỏng có khuynh hướng tự co lại, vì vậy một phương diện nào đấy, mặt ngoài chất lỏng giống như một màng cao su bị căng . Để giữ nguyên tình trạng mặt ngoài của chất lỏng, ta phải tác dụng lên chu vi mặt ngoài những lực vuông góc với đường chu vi và tiếp tuyến với mặt ngoài, lực đó gọi là sức căng mặt ngoài. 2.2. Sức căng mặt ngoài + Thí nghiệm: NM Δ x F F 2.2. Sức căng mặt ngoài …………… …………… ……. NM + Thí nghiệm: - Dịch chuyển cạnh MN một đoạn Δ x, diện tích mặt ngoài tăng lên một lượng là: Δ S = 2.l. Δ x - Công thực hiện bởi lực F trong dịch chuyển Δ x là: A = F. Δ x - Công này dùng để làm tăng diện tích mặt ngoài lên S, tức là đã làm tăng năng lượng mặt ngoài lên một lượng E. Ta có: Δ E = Δ A = . ΔS Từ đó ta suy ra: F = .2l với 2l chính là chiều dài của đường kính chu vi. Δ x  F  2.2. Sức căng mặt ngoài Trường hợp tổng quát, sức căng có thể thay đổi được dọc theo đường chu vi, lúc đó xét một đoạn l đủ nhỏ của chu vi, ta áp dụng công thức trên : Δ F = Δl (2) Trong đó Δ F là sức căng tác dụng lên đoạn Δ l. Từ (2) ta thấy nếu Δ l bằng một đơn vị chiều dài thì = Δ F. Vì vậy có thể định nghĩa như sau : Hệ số sức căng mặt ngoài là một đại lượng vật lý về trị số bằng sức căng mặt ngoài tác dụng lên một đơn vị chu vi mặt ngoài. δ    Bảng giá trị sức căng mặt ngoài của một số chất lỏng ở 200C. ChÊt láng ë 200C (N/m) Níc 0,073 Thuû ng©n 0,540 Ete 0,017 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG - Giải thích sự tạo thành lớp bọt trong chất lỏng. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG - Sự tạo thành giọt khi chất lỏng chảy qua một lỗ nhỏ: BÀI TẬP ÁP DỤNG Trong một đơn thuốc có ghi: Mỗi ngày uống 2 lần, mỗi lần 15 giọt. Tính khối lượng thuốc bệnh nhân phải uống trong một ngày, cho biết hệ số căng mặt ngoài của thuốc là 8,5.10-2 N/m, và đầu mút ống nhỏ giọt có đường kính bằng 2 mm? HƯỚNG DẪN Giọt thuốc sẽ rơi khỏi ống khi: P = F mg = l = d => m = d/g Khối lượng thuốc bệnh nhân đó phải uống trong một ngày: M = 30m = 1,63g    CÂU HỎI 1. Tại sao áp suất phân tử ép vào trong lòng chất lỏng rất lớn mà các vật, con vật, người bơi trong nước không bị áp suất này nén đè bẹp? 2. Tại sao bề mặt chất lỏng có xu hướng co lại? 4. Tại sao các giọt dầu ở trong chất lỏng có cùng tỉ trọng và không hoà tan trong chất lỏng đó lại có dạng hình cầu? 5. Tại sao người ta dùng giọt là đơn vị liều trong y học? 6. Cái kim có thể nổi trên mặt nước được hay không? Có thể đổ nước chảy trên một tấm lưới mà nước không chảy qua các lỗ nhỏ của lưới không Tại sao? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Vật lý đại cưương (Tập 1) - Lưương Duyên Bình (Chủ biên) - NXB Giáo dục 2001. [2]. Cơ sở vật lý (Tập 3) - David Halliday và các tác giả - NXB Giáo dục 2001 [3]. Vật lý đại cương - Bộ môn Vật lý - Toán - Đại học Dược Hà Nội - 2000. [4]. Vật lý phân tử và nhiệt học – Lê Văn – NXB Giáo dục 1978 [5]. Vật lý đại cương – Nguyễn Ngọc Long – NXB Đại học quốc gia Hà Nội 1999. [6]. Vật lí đại chúng - L.D.Landau, A.L.Kitaigorodxki - NXB KHKT 2001. [7]. Vật lý, công nghệ và đời sống – Lê Nguyên Long – NXB Giáo dục 2004.  Website: http: Thuvienvatly.com; Vatlyvietnam.org. XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN!