余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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界面现象常见思考题解析

已有 709 次阅读 2024-5-4 15:12 |系统分类:教学心得

       本文拟解析“界面现象”几道常见思考题,供参考.

  1. 附加压力

    [例1]. 在水平方向盛有液体的毛细管一端加热,问毛细管内液体可能的移动方向.

    参见如下图1所示:

image.png 

                                                            图1. 加热毛细管例题示意图

      图1中(a)、(b)两只毛细管,(a)管内液体呈凹液面;(b)管内液体呈凸液面.

      图1中“Δp”代表附加压力,方向指向弯曲液面的曲率中心

      且Δp=2γ/R                (1)

      式(1)中“γ”为毛细管内液体的表面张力;“R”为弯曲液面的曲率半径.

      式(1)也称拉普拉斯方程.

      毛细管右端加热,温度升高,对应表面张力γ减小,由式(1)可知附加压力亦减小;

      此时毛细管(a)内液体向左移动;毛细管(b)内液体向右移动.

  2. 饱和蒸气压

    [例2].在一密闭容器内有大小不同的两个小水珠,长时间放置,会出现什么情况?

     参见如下图2所示:

image.png

                                                           图2. 水珠的饱和蒸气压例题示意图 

      水珠饱和蒸气压遵守开尔文公式,即:

      RT·ln(pr/p)=2γVm/r                  (2)

      式(2)中“pr”代表小水珠的饱和蒸气压;“p”代表平面液体的饱和蒸气压;“Vm”代表液体的摩尔体

积;“r”代表小水珠的曲率半径.

      由式(2)可知,小水珠曲率半径越小,对应饱和蒸气压越大.

      则密闭容器内,p大水珠<p小水珠.

      设密闭容器内水蒸汽的分压为p',通常情况下,p大水珠<p'<p小水珠.

      此时大水珠饱和蒸气压较小,过饱和,将不断有水蒸气在大水珠表面凝聚,大水珠将增大;

      与此同时,小水珠饱和蒸气压较大,未饱和,将继续挥发,直至小水珠消失.

      综上所述,最终观察到的现象是:大水珠变得更大,小水珠消失.

 3.毛细现象

      [例3]. 毛细管内液面上升高度为h,现不小心将毛细管于h/2(或A点)处折断,问将看到何种现象?

      参见如下图3所示:

                                                                image.png  

                                                                  图3. 毛细现象例题示意图

       观察到的正确现象包括:①毛细管内液面上升高度恒小于毛细管自身(垂直)长度,不会有液体流出毛细

管;②毛细管内液面仍呈现凹液面,表明液体可润湿毛细管.



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