Chương 5 - Chất lỏng- Hiện tượng không dính ướt, áp suất phụ.

Chương V
Chất lỏng
Báo cáo nhiệt-nhiệt động lực học- Nhóm thứ 6
Nội dung chính:
Tính chất chung và cấu trúc phân tử:
Hiện tượng căng mặt ngoài:
Hiện tượng không dính ướt:
Áp suất phụ gây bởi mặt khum:
Mao dẫn:
Áp suất thẩm thấu:
III. Hiện tượng không dính ướt
Ta đã nói, lực căng mặt ngoài tồn tại cả ở chỗ tiếp giáp giữa chất lỏng và chất rắn. Xét phân tử A nằm ngay tại chỗ tiếp giáp giữa 3 môi trường: rắn, lỏng, hơi.
Tạm coi mặt thoáng chất lỏng vuông góc với thành bình (rắn).
A
hơi
Lỏng
Rắn
III. Hiện tượng không dính ướt
Ta thấy:
Lực hút của các phân tử khí đối với A là không đáng kể so với lực hút của các phân tử chất rắn và chất lỏng đối với A.
Lực hút của các phân tử chất rắn đối với A kí hiệu là :frl
Lực hút của các phân tử chất lỏng đối với A kí hiệu là fll
fll
F
III. Hiện tượng không dính ướt
Có thể xảy ra 2 trường hợp:
Tổng hợp lực F= frl+fll hướng về phía chất rắn (frl>fll): chất lỏng dính ướt thành bình.


Tổng hợp lực F= frl+fll hướng về phía chất lỏng (frlIII. Hiện tượng không dính ướt
Dính ướt:
Theo trên, F hướng về phía chất rắn. Phân tích F thành hai thành phần:
f1 vg với mặt phân cách (lỏng và hơi), không làm phân tử A dịch chuyển
f2 tiếp tuyến với mặt phân cách giữa 2 mt lỏng và hơi, kéo phân tử A về phía chất rắn

A
B
f’2
F2>f’2
f1
f2
III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt
Kết quả:
Mặt thoáng chất lỏng bị cong lên. Ta nói: chất lỏng làm dính ướt vật rắn, tức là có hiện tượng dính ướt.
F
fll
frl
Ө
III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt
Gọi Ө: góc tạo bởi thành rắn phía có chất lỏng và tiếp tuyến với mặt ngoài chất lỏng tại chỗ tiếp xúc, được gọi là góc bờ.
Ta có: Ө<90o
Nếu Ө=0o ta có hiện tượng hoàn toàn dính ướt.
F
fll
frl
Thành rắn phía có chất lỏng
Tiếp tuyến với mặt ngoài chất lỏng tại chỗ tiếp xúc
III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt
Chú ý: Muốn phân tử A cân bằng tại vị trí tiếp giáp giữa 3 môi trường, thì F phải vuông góc với mặt công tại A, nghĩa là các thành phần frl và fll tiếp tuyến tại mặt cong trực đối nhau. (frl=fll) hay F trùng f1
fll
frl
F
III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt
Dùng 2 tấm thủy tinh đặt gần sát nhau trong chậu nước, ta thấy xảy ra hiện tượng dính ướt.
Thí nghiệm
III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt

Nhỏ 1 giọt nước lên một tấm thuỷ tinh, hiện tượng xảy ra như thế nào?

III. Hiện tượng không dính ướt
1. Dính ướt
Thí nghiệm
III. Hiện tượng không dính ướt
1.Hiện tượng dính ướt
Ứng dụng:
Ứng dụng hiện tượng dính ướt trong công nghệ chế tạo đầu bút máy và bút bi
III. Hiện tượng không dính ướt
Ngược lại với dính ướt, tổng hợp lực F hướng vào lòng chất lỏng. Ta lại phân tích F làm 2 thành phần:
f1 vg với mặt phân cách (lỏng và hơi), không làm phân tử A dịch chuyển
f2 tiếp tuyến với mặt phân cách giữa 2 mt lỏng và hơi, kéo phân tử A về phía chất lỏng

A
B
f2
F2>f’2
f1
f’2
F
2.Không dính ướt

2. Không dính ướt
III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
Kết quả:
Mặt thoáng chất lỏng bị cong xuống. Ta nói: chất lỏng không làm dính ướt vật rắn, tức là có hiện tượng không dính ướt.

F
fll
frl
III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
F
=> mặt cong khum xuống
=>Ө>90o
Ghi chú: Nếu Ө=180o thì chất lỏng hoàn toàn không dính ướt

Ө
Thành rắn phía có chất lỏng
Tiếp tuyến với mặt ngoài chất lỏng tại chỗ tiếp xúc
III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
Quan sát thực tế:
Nước trên lá môn có dạng hình cầu
Nước trên một số loại lá cũng có dạng hình cầu
III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
Quan sát thực tế:
III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
Thí nghiệm
Nhỏ 1 giọt thuỷ ngân lên một tấm thuỷ tinh, hiện tượng xảy ra như thế nào?

Thí nghiệm
Kết luận: Nước dính ướt thuỷ tinh và thuỷ ngân không dính ướt thuỷ tinh

III. Hiện tượng không dính ướt
2.Không dính ướt
Ứng dụng
Ứng dụng lọc bẩn làm giàu quặng kim loại
Bẩn quặng
Ứng dụng không dính ướt
Vì sao trời mưa người ta lại mang dù?
IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Trong các hình trụ có kích thước không lớn thì mặt ngoài của chất lỏng làm ướt có dạng lõm, mặt ngoài của chất lỏng không làm ướt có dạng lồi. Những dạng này được gọi chung là mặt khum.

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Lực căng mặt ngoài của chất lỏng có tác dụng kéo mặt ngoài để mặt này trở thành mặt phẳng,nếu mặt nó bị cong (lồi lên hoặc lõm xuống). Do đó,dưới tác dụng của lựg căng mặt ngoài,mặt khum sẽ gây ra một áp suất có tác dụng kéo mặt chất lỏng lên hoặc nén mặt chất lỏng xuống để nó trở thành mặt phẳng. Áp suất này được gọi là áp suất phụ.
- Nếu mặt khum lồi: Áp suất phụ sẽ nén chất lỏng xuống
- Nếu mặt khum lõm: Áp suất phụ sẽ kéo chất lỏng lên
Vậy tất cả các mặt khum chất lỏng đều tác dụng vào chất lỏng một áp suất phụ so với trường hợp mặt ngoài là mặt phẳng. Mặt khum lồi gây áp suất phụ dương, mặt khum lõm gây áp suất phụ âm.

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Biểu thức tính áp suất phụ

1/ Trường hợp mặt ngoài là một phần mặt cầu:
a/ Xét trường hợp mặt khum cầu lồi:
Ta tách riêng một nguyên tố diện tích mặt cầu ∆S. Lực căng mặt ngoài đặt lên đường cong của nguyên tố diện tích ∆S luôn luôn tiếp xúc với mặt cầu.
Lực ∆f đặt lên đường cong ∆l có độ lớn: ∆f = ∆l.α
α: là suất căng mặt ngoài
Lực ∆f được phân tích thành hai thành phần:
∆f1:lực căng mặt ngoài gây ra áp suất phụ
∆f2:lực gây ra mặt khum chất lỏng

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Biểu thức tính áp suất phụ

1/ Trường hợp mặt ngoài là một phần mặt cầu:
a/ Xét trường hợp mặt khum cầu lồi:
Vì tiếp xúc với mặt cầu nên lực ∆f tạo với bán kính OC một góc khác không, do đó thành phần ∆f1 song song với OC cũng khác không.

∆f1 nén khối chất lỏng dưới diện tích ∆S tạo nên một áp suất phụ dương:

∆f1 = ∆f.cosθ =∆f.sinφ =α.∆l.sinφ

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Biểu thức tính áp suất phụ

1/ Trường hợp mặt ngoài là một phần mặt cầu:
a/ Xét trường hợp mặt khum cầu lồi:
Lực ∆f1 đặt lên nguyên tố đường cong ∆l. vậy trên toàn đường tròn chu vi của ∆S chịu lực tổng hợp f1 song song với bán kính OC=R:
f1 = ∑∆fi = αsinφ∑∆l = αsinφ2πr
r: bán kính đường tròn tiếp xúc lỏng và rắn (bán kính đường tròn giới hạn mặt cầu ∆S)
Mặt khác, ta có:
Vậy:

Áp suất phụ tìm được bằng cách chia lực f1 cho diện tích phẳng giới hạn trong đường tròn 2πr:

Tương tự như mặt khum cầu lồi nhưng mặt khum cầu lõm có R < 0 nên:

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Biểu thức tính áp suất phụ
2. Trường hợp mặt khum có dạng bất kì:

Nếu mặt khum có dạng bất kỳ thì ta dùng công thức Laplaxơ để tính áp suất phụ:

R1, R2: Bán kính chính khúc của hai giao tuyến cong do mặt khum đó bị cắt bởi hai mặt phẳng vuông góc với nhau tại điểm mà ta xét.
- Khi mặt cầu có dạng hình cầu:R1 = R2 = R

- Khi mặt cong có dạng hình trụ tròn xoay: Ta lấy một giao tuyến là một đường sinh dọc theo hình trụ (R1 =∞), giao tuyến thứ hai là một phần của bán kính R2 (là bán kính R hình trụ)


IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Đặc điểm của áp suất phụ:
- Do lực căng mặt ngoài gây ra và chỉ có ở mặt cong của chất lỏng
- Phụ thuộc vào bản chất chất lỏng và bán kính cong R
Biểu thức tính:

Áp suất phụ tỉ lệ với suất căng mặt ngoài, tỉ lệ nghịch với bán kính cong R

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Bài tập định tính
IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Bài tập định tính
Lấy một ống nhỏ khoá K ở giữa. Gắn vào hai đầu ống hai bong bóng xà phòng có bán kính R, r với R > r. Mở khoá K, ta thấy bong bóng nhỏ dần nhỏ đi, bong bóng lớn dần lớn hơn.
* Giải thích:
Áp suất phân tử trong hai bong bóng xà phòng bằng nhau và bằng áp suất khí quyển, vì vậy ở đây ta chỉ xét đến áp suất phụ. Ta đã biết áp suất phụ phụ thuộc vào bán kính chính khúc và lực căng mặt ngoài. Bong bóng B với rB < RA nên áp suất phụ dưới mặt cong của bong bóng xà phòng B lớn hơn A. Nên B nhỏ đi, và A lớn lên để cân bằng áp suất.

IV. Áp suất phụ gây bởi mặt khum
Bài tập định tính
2. Có hai ống nhỏ một đầu to hơn đầu kia. Trong mỗi ống cho vào một giọt chất lỏng khác nhau. Một chất lỏng (nước) làm ướt thành ống, chất lỏng kia (thuỷ ngân) không làm ướt thành ống. Dự đoán hiện tượng xảy ra và giải thích hiện tượng.
Giải thích:
Các giọt chất lỏng không đứng yên mà chạy dọc theo ống.
Nước: chạy về phía đầu nhỏ do áp suất phụ ở phía đầu nhỏ (do r nhỏ) lớn hơn áp suất phụ ở phía đầu lớn (2 áp suất này ngược chiều nhau)
Thuỷ ngân: chạy về phía đầu lớn. Do áp suất phụ ở phía đầu nhỏ lớn hơn áp suất phụ ở phía đầu lớn.
3. Cắm một ống thuỷ tinh nhỏ vào trong nước ta thấy nước dâng lên trong ống. Ngược lại khi cắm một ống thuỷ tinh nhỏ vào trong thuỷ ngân ta tấy thuỷ ngân A hạ xuống trong ống.Giải thích.
Giải thích: Vì nước làm ướt thuỷ tinh nên nước trong ống sẽ có dạng khum lõm. Ngoài ra, ống thuỷ tinh nhỏ (r nhỏ) nên độ lõm mặt thoáng của nước trong ống lớn hơn nước trong chậu, do đó, áp suất phụ trong ống lớn hơn trong chậu, mà nó lại có xu hướng kéo lên nên mực nước trong ống dâng lên. Còn đối với thuỷ ngân không làm dính ướt thuỷ tinh nên áp suất phụ trong ống có xu hướng kéo xuống nên mực thuỷ ngân trong ống giảm xuống
Cám ơn sự theo dõi của thầy và các bạn