3.9.1 结构图(见下页图)
3.9.2 液体的宏观特征
从宏观特征来看,液体是介于固体和气体之间的一种物质状态。
(1)像固体一样有一定体积。
(2)像气体一样有一定流动性。
(3)在物理性质上具有各向同性。
液体的宏观特征由它的微观结构决定。
3.9.3 液体的微观结构
液体分子的排列有以下两种情况。
1.近程有序
(1)在短暂时间内,液体分子在很小范围内(线度与分子距离在同一个数量级),排列保持一定的规则性。
(2)定居时间τ:液体分子在平衡位置附近做微小振动的平均时间长短不一,但在一定温度和压强下,各种液体都具有一定的时间平均值,从而使液体保持一定的体积。但当外力足够大时,液体发生流动。
2.远程无序
3.9.4 液体的彻体性质
彻体性质即反映液体的整体性质。
1.热容量:物质的温度升高(或降低)1℃时所吸收或放出的热量。固体在熔解前后:
(1)固体的热容量与液体的热容量相差很小,说明它们的内部热运动情况相近;
(2)气态物质的热容量与液态物质的热容量相差较大,说明它们的内部热运动情况差别较大。
2.热膨胀:温度升高时液体体积增大的现象。
原因:①分子之间的引力和斥力不对称;②液体内部出现孔隙。热膨胀系数β:
3.热传导:分子之间在热振动时将能量逐层传递的现象。
4.扩散:液体中物质的扩散系数比固体中的稍大,气体中物质的扩散系数比液体中的大10万倍。
扩散系数:
式中,τ为定居时间;δ为相邻两平衡位置之间的平均距离。
5.黏滞性:液体中物质的黏滞系数比气体中的大得多。
黏滞系数η:
式中,c、a和t为不同液体具有的不同常数。
3.9.5 液体的表面性质
表面性质即在液体表面发生的现象。
1.表面张力
水平液体表面有如紧张的弹性薄膜,有收缩的趋势。假设我们在液体表面画一根直线,直线两旁的液膜之间一定存在着相互作用的拉力,拉力的方向与所画线段垂直,在液体表面上出现的这种拉力称表面张力,如图3-8所示。
f=αL
式中,f为表面张力,α为表面张力系数,L为线段长度。
式中,E为表面能,Δx为bc边移动的距离。(www.xing528.com)
表面张力是液体表面层内分子作用的结果,如图3-9所示。
图3-8 表面张力
图3-9 表面层内分子作用
图3-10 弯曲液面
2.压强差
球形液体表面都是弯曲的。由于存在表面张力,液面内外有压强差,称附加压强。凸液面液体内部压强大于液体外部压强,附加压强为正;凹液面则相反。如图3-10所示。
存在两种情况:凸液面(如液滴)和凹液面(如水中有气泡时)。
p=2α/R和p=-2α/R
式中,p为附加压强,R为球面半径。
3.接触角
在固体与液体接触的地方,液体表面也都是弯曲的,接触角存在两种情况:润湿[图3-11(a)]和不润湿[图3-11(b)]。
图3-11 润湿和不润湿时的接触角
θ为接触角,当θ为锐角时,如图3-11(a)所示,液体润湿固体;当θ为钝角时,如图3-11(b)所示,液体不润湿固体。这种现象是由固体和液体分子之间的相互吸引力大于或小于液体与液体之间的相互吸引力所决定的。
4.毛细现象
毛细现象是指润湿管壁[如图3-12(a)所示]的液体在细管里升高和不润湿管壁[如图3-12(b)所示]的液体在细管里降低的现象。这种现象由表面张力和接触角决定。
图3-12 毛细现象
润湿管壁:
不润湿管壁:
式中,h为液体在细管中上升或降低的高度;α为表面张力系数;θ为接触角;ρ为液体密度;g为重力加速度;r为细管半径。
3.9.6 液晶
液晶是介于固体和液体之间的物质过渡状态。
1.宏观特征
(1)像液体一样具有流动性。
(3)只存在于一定温度范围内。下限T1:熔点;上限T2:清亮点。
2.微观结构
分子不同排列的类型有以下几种。
(1)向列型:具有不易变形的棒状分子的化合物。
(2)胆甾型:包含多层分子,形成螺旋结构。
(3)近晶型:分子呈棒形,排列成多层。
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