Bài 6: Chất lỏng (tiết 2)

BÀI 6: CHẤT LỎNG (TIẾT 2) 6.3. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum 6.3.2. Hiện tượng mao dẫn Câu hỏi Tài liệu tham khảo 6.4. HIỆN TƯỢNG BAY HƠI. HIỆN TƯỢNG SÔI 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum Mặt thoáng chất lỏng có dạng cong vồng lên (lồi lên) hoặc lõm xuống. Bề mặt cong có xu hướng thu nhỏ diện tích tạo ra một áp suất phụ thêm vào áp suất phân tử. 6.3. HIỆN TƯỢNG MAO DẪN 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum Trường hợp bề mặt chất lỏng là mặt thoáng lồi: 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum ÁP SUẤT PHỤ ΔP NÀY ĐƯỢC TÍNH THEO CÔNG THỨC: TRONG ĐÓ R LÀ BÁN KÍNH CỦA MẶT CONG, LÀ HỆ SỐ SỨC CĂNG MẶT NGOÀI, 2. ΔP = R   Chứng minh Chứng minh Chứng minh Chứng minh Xét một mặt cong dạng chỏm cầu, đặc trưng bằng bán kính cong R và khẩu kính r (Hình). Xét một phân tử Δl trên chu vi C, nó chịu tác dụng của một lực căng vuông góc với Δl và tiếp tuyến với mặt cong. Ta có: Thành phần gây ra áp suất phụ. ΔF  ΔF = .Δl 1 2ΔF ΔF + ΔF    1ΔF = ΔF.sinβ 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum Sức căng nén lên chất lỏng có độ lớn: Vì rằng bằng chu vi vòng tròn C, nên ta có: Lực này phân phối đều và ép lên diện tích chỏm cầu là , tạo ra áp suất phụ : Trường hợp mặt khum lõm : Δl 1 r .r F= ΔF = ΔF.sinβ= .Δl. = Δl R R      F  2.r .2π.r F= .2π.r= R R   2π.r P 2 2 F 2π.r . 2 ΔP = = = S R.π.r R   2 ΔP = - R  6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum Hai công thức trên có thể viết chung: Với qui ước : + R > 0 nếu bán kính mặt cầu hướng về phía chất lỏng. + R<0 nếu bán kính mặt cầu hướng ra khỏi chất lỏng. + Trường hợp mặt thoáng là mặt phẳng (R = ) áp suất phụ =0. 2δ ΔP = R  P 6.3.1. áp suất phụ dưới mặt khum ý nghĩa của áp suất phụ trong sự chảy của chất lỏng trong ống dẫn hình trụ là ở chỗ: trong một ống dẫn chất lỏng thực mà có bọt khí, áp suất phụ có thể làm cho chất lỏng không chảy được. Hiện tượng bọt khí cản chuyển động này được gọi là chuỗi hạt mao quản. Ý NGHĨA CỦA ÁP SUẤT PHỤ DƯỚI MẶT KHUM Xét một ống dẫn có bọt khí bên trong ta thấy: - Nếu chất lỏng đứng yên hai áp suất phụ hướng vào mặt khum lõm. Nếu ống trụ đều thì nhưng ngược chiều nhau (Hình a). 1 2ΔP =ΔP 1 2 ΔP , ΔP 1 2ΔP =ΔP Ý NGHĨA CỦA ÁP SUẤT PHỤ DƯỚI MẶT KHUM - Nếu chất lỏng chuyển động (từ trái sang phải chẳng hạn) mặt 1 bị bẹt ra, bán kính cong lớn lên, do đó mặt 2 lõm vào, bán kính cong R2 bé đi, do đó sẽ lớn lên. có giá trị lớn hơn sẽ cản chuyển động của chất lỏng (Hình b). 1 2ΔP < ΔP 2P 1P Ý NGHĨA CỦA ÁP SUẤT PHỤ DƯỚI MẶT KHUM Tác dụng cản chuyển động càng tăng khi có một chuỗi bọt (Hình c) gọi là chuỗi hạt mao quản hoặc khi có bọt chỗ phân nhánh. Ý NGHĨA CỦA ÁP SUẤT PHỤ DƯỚI MẶT KHUM Ý NGHĨA CỦA ÁP SUẤT PHỤ DƯỚI MẶT KHUM Từ đó ta thấy khi có bọt khí lọt vào mạch máu có thể làm ngưng sự tuần hoàn. Do đó cần chú ý đẩy hết bọt khí trước khí tiêm thuốc vào tĩnh mạch. Thợ lặn trước khi lên khỏi mặt nước phải cho áp lực khí trong bộ đồ lặn giảm từ từ nếu không thì khí nitơ tan trong máu thoát ra nhanh làm phổi không kịp bài tiết sẽ tạo thành chuỗi hạt mao quản ngăn cản sự tuần hoàn. 6.3.2. Hiện tượng mao dẫn • Hiện tượng: Nhúng một ống thuỷ tinh có tiết diện nhỏ hở hai đầu vào một cốc (Bình) đựng chất lỏng thì nhận thấy mặt chất lỏng trong ống thuỷ tinh có thể lõm hoặc lồi, dâng cao hơn hay hạ thấp hơn so với mực ngoài, đó là hiện tượng mao dẫn. 6.3.2. Hiện tượng mao dẫn • Nguyên nhân: Do hiện tượng dính ướt và không dính ướt bề mặt chất lỏng trong ống bị cong sẽ chịu thêm một áp suất phụ hướng lên trên (mặt lõm xuống) hoặc hướng xuống dưới (mặt lồi lên) làm giảm áp suất khí quyển (hoặc tăng) trên mặt ống. Do đó chất lỏng phải dâng lên để cho áp suất tại hai điểm có cùng độ cao phải bằng nhau. P P 6.3.2. Hiện tượng mao dẫn Tính độ cao dâng lên hay hạ xuống trong ống. Gọi h cột chiều cao của chất lỏng trong ống mao dẫn. Xét hai điểm A và B có cùng độ cao phải bằng nhau: PA = PB Mà PB = P0 , Do đó: A 0P =P -ΔP+ρgh o 0P =P -ΔP+ρgh 2. ΔP = ρgh => = ρgh R  2 cosθ => h = r. .g   6.3.2. Hiện tượng mao dẫn Ta có: + Khi : chất lỏng làm ướt chất rắn thì cos > 0 và chất lỏng dâng lên trong ống ( h > 0). + Khi :chất lỏng không làm ướt chất rắn thì cos < 0 và chất lỏng hạ xuống ( h < 0). 2 cosθ h = r. .g   0 θ < 2   θ θ 2    θ (Công thức Jurin) 6.3.2. Hiện tượng mao dẫn Từ đó ta nhận thấy có thể xác định hệ số sức căng mặt ngoài bằng cách đo chiều cao h và bán kính r của ống mao quản. Trong trường hợp chất lỏng làm ướt hoàn toàn chất rắn thì = 00. Do đó cos =1 và công thức Jurin trở thành: 2 cosθ h = r. .g   θ θ 2 h = r. .g    ρ.g.r.h = 2  - ứng dụng: Nhiều hiện tượng trong đời sống kỹ thuật và tự nhiên được giải thích bằng hiện tượng mao dẫn: - Bông, bấc đèn, giấy thấm... có khả năng hút các chất lỏng vì khe hẹp trong các chất này là các ống mao dẫn. - Các chất dinh dưỡng nước được chuyển từ dưới lên trên ở những cây cao vài mét, còn những cây cao hàng chục mét ngoài hiện tượng mao dẫn để dẫn nước và các chất dinh dưỡng nuôi cây còn có hiện tượng thẩm thấu của các tế bào sống nữa vì sức mao dẫn chỉ đưa nhựa và các chất khác lên cao được vài met. - .... 6.4. HIỆN TƯỢNG BAY HƠI. HIỆN TƯỢNG SÔI 6.4.1. Hiện tượng bay hơi Chất lỏng đựng trong bình không kín thường có sự bay hơi. Đó là hiện tượng chất lỏng biến thành chất hơi. • Điều kiện để có sự bay hơi : muốn bay hơi ra khỏi mặt thoáng các phân tử chất lỏng cần một động năng nào đó để thắng lực hút trong chất lỏng, lực đó gây ra bởi các phân tử chất lỏng dưới mặt thoáng. • Gọi A là công giữ các phân tử khỏi bay hơi thì các phân tử phải có động năng thoả mãn các điều kiện sau đây: Trong đó: m là khối lượng phân tử. Vn là thành phần vận tốc theo phương pháp tuyến với mặt thoáng. 2 nm.V A 2  6.4. Hiện tượng bay hơi. Hiện tượng sôi 6.4.2. Hiện tượng sôi - Định nghĩa Hiện tượng sôi là hiện tượng bay hơi không những ở trên bề mặt mà ngay cả ở trong khối chất lỏng. - Giải thích Khi ta đun chất lỏng các bọt hơi xuất hiện ở đáy nồi đun và xung quanh thành nồi. Bọt hơi ở trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của các áp suất. - áp suất trên bề mặt: P0 - áp suất thuỷ tĩnh: Ptt - áp suất phụ: - áp suất hơi bão hoà. - Điều kiện sôi: Ta có: • Vậy điều kiện sôi: bh 0 2δ P = P + ρ.g.h + R bh 0P P 2 P= R   6.4. Hiện tượng bay hơi. Hiện tượng sôi 6.4.2. Hiện tượng sôi - Nhiệt lượng sôi riêng: Nhiệt lượng sôi riêng (Xs) là nhiệt lượng cần thiết để biến một khối lượng chất lỏng đã ở nhiệt độ sôi hoàn toàn biến thành hơi. - Thực nghiệm đã xác nhận: Trong đó: Ts : nhiệt độ sôi. Vh : thể tích riêng của chất ở thể hơi. Vl: thể tích riêng của chất ở thể lỏng.  0s h ls bh s T . V -VdT = dP X CÂU HỎI • Thế nào là hiện tượng mao dẫn? Giải thích hiện tượng mao dẫn và viết công thức tính độ dâng mặt thoáng trong ống mao dẫn? • Tại sao cần chú ý đẩy hết bọt khí trước khí tiêm thuốc vào tĩnh mạch? • Hiện tượng bay hơi và hiện tượng sôi phụ thuộc vào những yếu tố nào? 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     TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Vật lý đại cưương (Tập 1) - Lương 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.