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1、1,7.1 液体的微观结构 液晶7.2 液体的彻体性质 7.3 液体的表面性质,第八章 液体,2,2,8.1 液体的微观结构 液晶,一、液体的微观结构,1、液体的短程有序、长程无序结构用伦琴射线研究发现，液体分子在很小范围内（几个分子直径线度）在一个短暂的时间内排列保持一定的规则性，但不是象晶体那样在很大的范围内排列都是有规则，这就是短程有序、长程无序。,液体的性质介于气体和固体之间，一方面，它象固体那样具有一定的体积，不易压缩，另一方面，它又象气体那样，没有一定的形状，具有流动性，而且，在物理性质上也是各向同性的，液体的这种宏观特性是同它的微观结构决定的。,3,3、热运动（1）热振动：在平衡
2、位置附近振动。在某一平衡位置上振动一短暂时间后就转到另一平衡位置上去振动。（2）定居时间：在一定T、P下，在平衡位置振动时间的平均值，对液态金属其值为10-10秒。通常外力作用时间总比定居时间长很多，在这时间内，分子已可以有很大的移动，因而液体在外力作用下流动，这就是流动性。（3）与温度关系 温度越高，分子运动越激烈，热运动的能量越大，定居时间越短。,2、分子排列 分子排列是紧密的，气体d=10-9 m,液体d310-10 m。相互作用力大，相互作用力与固体同数量级。但与固体相比，毕竟松散些。,4,二、液晶,某些有机化合物在加热时，并不直接由固态变为液态，而是要经过一个或几个介于固态和液态之间
3、的状态，这种处在过渡状态的物质称为液晶。,液晶的特征：流动性、连续性（液体）光学、电磁学各向异性特性（晶体）存在范围：T1（熔点）TT2（清亮点）。,分类,溶致液晶（高分子聚合物溶解于溶剂而成）,热致液晶（高分子聚合物加热熔化而成）,向列型,胆甾型,近晶型,5,向列型 胆甾型 近晶型,6,向列型液晶简介：分子呈棒状，分子排列方式很象一把筷子，分子沿上下方向排列整齐，但沿前后左右排列可以变动，不规则。加电压可以有动态散射现象可以制作各种显示器件，如仪器上数码文字和图像的显示，电控亮度玻璃窗等。,胆甾型液晶简介：它包含许多层分子，每层分子的排列方向相同，但相邻两层分子排列稍有旋转夹角约为15分，这
4、样层层地叠起来形成螺旋结构。这种液晶有显著的温度效应，随温度变化有选择性的反射光，可探测微电子学中的热点（短路处）检查致冷机的漏热的，诊断疾病，探测金属材料的缺陷。,7,近晶型液晶简介：分子呈棒状，排列成层，各层之间的距离可以移动，但分子不会往来于层间，只能在本层间移动有序程度和晶体相近，故称为近晶型。,液晶很早是在1881年由奥地利植物学家莱尼茨尔在应用胆甾醇苯酸脂晶体加热到145.5到178.5时发现的。1968年人们发现了双折射引起干涉条纹以及动态散射现象后应用就广泛起来了。,液晶对各种外界因素很敏感（如热，电，磁，光，声，应力，气氛，辐射等），因而液晶有电光效应，磁效应，光生伏特效应，
5、超声效应，应力效应，物理化学效应，辐照效应。,8,2、与固体比较，液体的CP、CV的差异较大，这是由于液体的热膨胀系数比固体热膨胀系数大。,一、热容量,1、液体的热容量与固体差异小，与气体差异大，这是由于液体和固体内部热运动的情况相近，而液体和气体内部热运动的情况则相差较大，因此可以知道液体中分子的热运动主要形式是热振动。,特点：,8.2、液体的彻体性质,9,10,温度升高时液体体积增大的现象。原因有两个：1、引力与斥力非对称性；2、液体内部孔隙的存在（比如海棉体类型）,叫体胀系数，比气体小，且随温度的升高而增大，随压强的增大而减小。,二、热膨胀：,规律：,11,12,三、热传导 液体热传导的
6、机构与固体近似，靠热振动传递能量（但很小）。,13,四、扩散 液体中的扩散系数D较固体稍大（气体比固体、液体大十万倍），原因是液体中热运动与固体类似。自扩散系数：,-两相邻平衡位置间平均距离；-定居时间；0-分子振动周期；W为分子从一个平衡位置另一个平衡位置时的激活能。,14,15,五、黏性（粘滞性）液体的粘滞系数比气体的大得多，且液体情形时温度越低粘滞系数越大,规律为,而经验公式为,0是与温度关系不大的系数。,式中常数a c和n对各种液体有不同数值。,16,17,18,18,8.3 液体的表面现象,一、表面张力与表面能,1、表面张力,表面张力是作用于液体表面的，使液体具有收缩倾向的一种力。,
7、19,2：表面张力系数几种表示,要注意表面张力系数各种表示的物理意义。,20,3、表面张力系数与温度的关系,实验发现：液体的表面张力系数与液体的表面积的大小无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温度的升高而降低。,式中t是比该液体临界温度低几度的摄氏温度；n是常数，数值在1和2之间。,21,21,4、表面活性剂,能使明显变小的物质称为表面活性物质,若一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的表面张力，就说甲对乙具有表面活性。,22,表面层：液体的表面是一个有一定厚度的薄层，称为表面层，厚度约为S10-9 m,就是分子引力有效距离。表面张力就是表面层内分子力的缘故。,二、表面层内分子力作用：,内部,表面
8、层,从能量的观点来看，表面自由能是在等温条件下表层中所有分子的势能。表面越大，表面层的势能就要增大，反之则要减小，因为势能总是有减小的倾向，因此表面就有收缩的趋势，从而说明表面上存在张力。,23,三、球形液面内外的压强差,在液体与固体或液体与气体接触的地方，液面都是弯曲的。这时由于表面张力的存在，液面内和液面外有一压强差，称为附加压强，在凸面的情形，液面内部的压强大于外部的压强，在凹面的情形，液面内部的压强小于液面外部的压强。,凹液面,凸液面,24,推导凸液面时的附加压强,，,上面用到平衡条件,得到：,25,研究球形液膜.有内外两个表面，在液膜的外中内取三点A,B,C,三点的压强是,液膜外表面
9、是凸液面,液膜内表面是凹液面,26,26,(这是拉普拉斯公式),四、*任意液面附加压强：,对球形液面，R1=R2,得到球形液面附加压强的公式,对柱形液面,R1=R,R2=,附加压强为,27,五、液面与固体接触处的表面现象,润湿与不润湿,一小滴水银在玻璃上总是近似成球形能在玻璃上滚动而不附着在上面，这是水银不润湿玻璃。在无油脂的玻璃板上放一滴水，水不仅不收缩成球形而且要沿着玻璃向外扩展附着在玻璃上这是水润湿玻璃。,28,润湿和不润湿现象就是液体和固体接触处的表面现象。是决定于固体和液体的性质，是由固、液分子间的相互吸引力（附着力）大于或是小于液、液分子间引力（内聚力）这种因素决定的。,29,液体
10、与固体接触处的接触角为锐角时，液体润湿固体，接触角为0，液体将展延在全部固体表面上，这叫完全润湿固体，接触角为钝角时液体不润湿固体，接触角为180度，叫做液体完全不润湿固体。,如分子A受的内聚力大于附着力，合力指向液体内部，反抗合力作功，势能增大，因为势能总是有减小的倾向，附着层就有缩小的趋势从而使液体不能润湿固体。反之在附着力大于内聚力，液体分子要尽量挤入附着层结果使附着层扩展，从而使液体润湿固体。,30,A点压强为,B点压强为,六、毛细现象,润湿管壁的液体在细管里升高而不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象。,研究液体润湿管壁的情况，设细管截面为圆形,31,31,因而,，从图中可知，,，因此液面上升高度如下式,因此管子越细，液面上升就越高。这可以用来测定液体的表面张力系数。,在液体不润湿管壁情形，液面要下降一段距离。,32,例5如图示,在内半径r=0.30mm的毛细管中注水，一部分水在管的下端形成一水滴，截形状可以认为是半径为R=3mm的球的一部分，求管中水柱的长度，水的表面张力系数为,.,，根据流体静力学的基本原理,因而,B 点的压强,
