第七章 B 液体的基本性质

清晨，可以看到小草叶片上的露珠是球形的（图7-13）。

在郊外小池塘的水面上跳来跳去的小昆虫不会沉入水里去（图7 -14）。

鸭子的羽毛上有一层油脂，使它在水中游弋时不会被水浸透而成为“落汤鸭”。

为什么水面可以托住轻小的昆虫？鸭子比小昆虫大得多，为什么可以在水中戏水时不被水浸透？要解释这些问题，必须先了解液体的特性。

一、液体的微观结构

液体有一定的体积，不易被压缩，这一特点跟固体一样；另一方面又像气体，没有一定的形状，具有流动性。可见，液体的性质介于固体和气体之间。究其原因，这是由它的微观结构决定的。

液体的分子间距离大约为r₀，相互作用较强，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，这一点跟固体分子的运动情况类似。但液体分子没有固定的平衡位置，它们在某一平衡位置附近振动一小段时间后，又转到另一个平衡位置去振动。这就是液体具有流动性的原因，这一个特点明显区别于固体。

由于液体分子是密集在一起的，因此具有一定的体积，且不易被压缩，但液体分子的位置具有明显的不确定性，只在很小的区域内表现出一定的规则性，除此以外，并无任何规则可言。而且这种区域还是暂时形成的，它的边界和大小随时改变、随时瓦解，再重新组合。宏观的液体是由大量暂时形成的小区域组成，这些小区域杂乱无章地排列着，因而其物理性质显示出各向同性。

液体与非晶体的微观结构很类似。非晶体随着温度的升高而逐渐软化，流动性也逐渐增加，因此，有时把非晶体看作是过冷液体，而固体往往只专指晶体。

二、表面张力和毛细现象

露珠是圆的，小昆虫不会沉入水中等现象，都跟液体的表面性质有关，那么，液体的表面到底有哪些特殊的物理现象呢？

1．表面张力

【学生实验】观察液体的表面张力现象

【实验目的】

观察液体的表面现象。

【实验器材】

拴有棉线的铁丝框，皂液，量筒，浓盐水，机油，滴管等。

【实验步骤】

1．将一个拴有松弛棉线的铁丝环浸入肥皂液中再轻轻提上来，使环上布满肥皂膜，如图7-15所示，用热针刺破棉线右侧的薄膜，观察到什么现象？

重新把铁丝框浸入肥皂液后再轻轻取出来，使它仍布满肥皂液薄膜，然后用热针刺破棉线左侧的薄膜，观察到什么现象？

2．在量筒内装入一半容积的浓盐水，在它上方缓缓地注入清水，如图7-16所示。然后用滴管吸入机油，伸入到清水与浓盐水的分界面附近，慢慢挤压滴管的胶皮囊，使机油逸出滴管。观察滴出的机油呈什么形状？这种形状表明油滴的表面有何特点？

【实验结论】

1．液体的表面具有收缩趋势。

2．液滴的自由表面因有收缩趋势而成为表面积最小的球形。

点击

在体积不变的情况下，物体表面积最小的就是球形时的表面积。

为什么液体表面具有收缩趋势呢？原来，液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫做表面层。表面层与液体内部的微观结构不同。处于表面层的液体分子，一方面受到上方气体分子作用，另一方面又受到下方液体分子作用。而液体分子比气体分子的作用强，所以，表面层分子排列比液体内部要稀疏些，分子间距离较液体内部也大一点（图7-17）。前面已提到过，在液体内部分子排列较紧密，分子间引力和斥力的数量级相同，在通常条件下可以认为是大小相等的。另外，分子间引力和斥力都随距离增大而减小，且斥力减小得更快，因而在表面层里分子间的作用就表现为引力。

液面各部分间的相互吸引力就叫做表面张力。这就是实验中看到的液体表面具有收缩趋势的原因。

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表面张力方向总是跟液面相切，且与分界面垂直。作用在液体表面单位长度分界线上的表面张力在数值上等于表面张力系数。液态金属的表面张力系数很大，而液态气体的表面张力系数却很小。

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图7-18是工业上用的“自动表面界面张力仪”，它可以测量中、高粘度液体的表面张力，还可以测量两种液体间的界面张力。

2．毛细现象

下雨后，人走过潮湿的泥地，在地面上留下的脚印里会渗出水来，这种现象并不少见。你一定很想知道这是什么原因吧。

【学生实验】观察液体的毛细现象

【实验目的】

观察浸润、不浸润现象及毛细现象。

【实验器材】

玻璃板，石蜡块，三根内径不同的细玻璃管，三根粗细不同的塑料吸管等。

【实验步骤】

1．将洁净的玻璃片和石蜡块分别浸入水中，然后取出来，观察玻璃片和石蜡的表面有什么不同？

2．将三根内径不同的细玻璃管插入水中，再把上述三种粗细不同的塑科吸管插入水中。观察管内液面的高度及形状有何不同？

【实验结论】

1．玻璃表面能沾上一层水，且扩展成薄层；而石蜡表面不沾水。

2．水在细玻璃管内液面比管外液面高，且玻璃管内径越细，液面升得越高[图7-19（a）]；水在塑料吸管内液面比管外液面低，且管内径越细，下降得越多[图7-19（b）]。

玻璃片会沾水且扩展成薄层，这种现象叫做浸润，或者说水对玻璃是浸润的。石蜡不沾水，这种现象叫不浸润，或者说水对石蜡是不浸润的。

大家谈

（1）鸭子在水中游泳时为什么不会被浸透？

（2）在日常生活和生产技术中，经常可以见到浸润和不浸润现象，你能举出例子吗？

如何解释浸润和不浸润现象呢？

浸润和不浸润现象是液体与固体接触处的物理现象，是液体分子和固体分子间相互作用的表现。

液体与固体的接触处形成的液体薄层，叫做附着层。当附着层里的分子受到固体分子的吸引力大于液体分子的吸引力时，附着层里液体分子的分布较液体内部密，分子间显示出斥力，如图7-20（a）所示，附着层液体沿固体壁有扩展的趋势，这就形成了这种液体对该固体的浸润现象。仔细观察细玻璃管内的水面是凹形的弯月面。

若附着层的液体分子受到固体分子的吸引力小于液体内部分子对它的吸引力，附着层里液体分子分布比液体内部稀疏，分子间的作用表现为引力，附着层液体有收缩趋势，产生了如图7-20（b）所示的不浸润现象。例如，水银气压计玻璃管中的水银面是凸形的弯月面。

如图7-20所示，浸润液体在细管内液面升高的现象，和不浸润液体在细管内液面下降的现象，叫做毛细现象。内径小到足以发生明显毛细现象的管子叫毛细管。

毛细现象在自然界中普遍存在。纸张、纺织品、粉笔等能吸水，就是由于水能浸润这些多孔性物质（即具有大量毛细管）产生的毛细现象。为了保持土壤中的水分，可以把土锄松，破坏泥土中过多的毛细管。脚踩在雨后潮湿泥地上，脚下土壤中的孔隙（毛细管）变细，水就容易上升到地面上来。

大家谈

把干毛巾放在盛有水的洗脸盆里，有一角露在盆边，过一段时间会发现原来干的毛巾角变湿了，为什么？

发布时间：2016/2/19 上午11:38:29  阅读次数：6337