Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG 
Tại sao con cào cào, kẹp giấy nổi trên mặt nước? 
Chất khí 
Chất lỏng 
Chất rắn 
1/Cấu trúc của chất lỏng 
a. Mật độ của chất lỏng : 
1./So sánh mật độ phân tử các chất ? 
So sánh cấu trúc của chất lỏng với chất rắn ? 
 n k <<< n l < n r 
b/Cấu trúc của chất lỏng : cấu trúc trật tự gần ( gần giống chất rắn VĐH) 
*/Các phân tử trong mọi chất lỏng luôn tương tác với nhau băng lực tương tác phân tử: 
 -Đẩy nhau khi nằm cách nhau một khoảng bé hơn r o . 
 -Hút nhau khi nằm cách nhau một khoảng lớn hơn r o . 
 -Khoảng cách r o gọi là bán kính tác dụng của phân tử. 
*/Nếu phân tử nằm sâu trong chất lỏng chịu các lực hút cân bằng về mọi phía của các phân tử bao quanh nó trong hình cầu bán kính r o . 
*/Nhưng đối với phân tử nằm cách mặt thoáng chất lỏng một khoảng nhỏ hơn r o , thì bị các lực hút tổng hợp hướng vào trong chất lỏng và vuông góc mặt ngoài chất lỏng. 
Chuyển động nhiệt ở chất lỏng 
Các phân tử chất lỏng chuyển động thế nào ? 
Dao động quanh 1 vị trí cân bằng thỉnh thoảng đổi chỗ mới . 
*/Vì chuyển động nhiệt nên một số phân tử phía trong lại ra phía ngoài. Nhưng số phân tử bị hút vào phía trong sau mỗi đơn vị thời gian lớn hơn nhiều so với số lượng phân tử chuyển ra mặt ngoài. Do đó số phân tử mặt ngoài luôn bị giảm, và mặt ngoài luôn bị co nhỏ lại cho tới khi trạng thái cân bằng động được thiết lập . 
Mặt trên 
Mặt dưới 
Lực do màng căng này được gọi là lực căng bề mặt 
Lực do màng căng này có chiều sao cho có tác dụng thu nhỏ diện tích mặt thoáng 
QUAN SÁT HT 
2/ Lực căng bề mặt : 
Lực căng bề mặt tác dụng lên đường giới hạn của mặt thoáng: 
*phương vuông góc với đường giới hạn , tiếp tuyến với mặt thoáng 
*chiều hướng về phía mặt thoáng ( thu nhỏ diện tích mặt thoáng 
* Độ lớn : F = σ .l 
σ : hệ số căng bề mặt(N/m), phụ thuộc bản chất , t 0 chất lỏng 
l :là chiều dài đường giới hạn (m) 
Lưu ý : Nhờ tác dụng thu nhỏ diện tích mặt thoáng của lực căng bề mặt mà khi khối chất lỏng không chịu tác dụng của lực hoặc hợp lực bằng không thì : chất lỏng đều có dạng hình cầu 
Giọt nước khi bắt đầu rơi 
Giọt anilin có D A = D dd muối 
Nước muối 
§o hÖ sè c¨ng bÒ mÆt cña chÊt láng 
I. Môc ®Ých thÝ nghiÖm: 
Kh¶o s¸t hiÖn t­îng c¨ng bÒ mÆt cña chÊt láng. 
§o hÖ sè c¨ng bÒ mÆt. 
II. Dông cô thÝ nghiÖm 
Lùc kÕ 0,1N cã ®é chia nhá nhÊt 0,001N. 
Vßng kim lo¹i (nh«m) cã d©y treo. 
Hai cèc nhùa A, B ®ùng n­íc, nèi th«ng nhau b»ng mét èng cao su Silicon . 
Th­íc kÑp 0-150mm, ®é chia nhá nhÊt 0.1 mm, hoÆc 0,05 ; 0,02 mm . 
Gi¸ treo lùc kÕ . 
Nhóng ®¸y vßng ch¹m vµo mÆt chÊt láng, råi kÐo lªn mÆt tho¸ng. Khi ®¸y vßng võa ®­îc n©ng lªn trªn mÆt tho¸ng, nã kh«ng bÞ bøt ngay ra khái chÊt láng : mét mµng chÊt láng xuÊt hiÖn, b¸m quanh chu vi ngoµi vµ chu vi trong cña vßng, cã khuynh h­íng kÐo vßng vµo chÊt láng. Lùc Fc do mµng chÊt láng t¸c dông vµo vßng ®óng b»ng tæng lùc c¨ng bÒ mÆt cña chÊt láng t¸c dông lªn chu vi ngoµi vµ chu vi trong cña vßng. Do vßng bÞ chÊt láng dÝnh ­ít hoµn toµn, nªn khi kÐo vßng lªn khái mÆt tho¸ng vµ cã mét mµng chÊt láng c¨ng gi÷a ®¸y vßng vµ mÆt tho¸ng, th× lùc c¨ng Fc cã cïng ph­¬ng chiÒu víi träng lùc P cña vßng. Gi¸ trÞ lùc F ®o ®­îc trªn lùc kÕ b»ng tæng cña hai lùc nµy : F = Fc + P 
§o P vµ F ta x¸c ®Þnh ®­îc lùc c¨ng bÒ mÆt Fc t¸c dông lªn vßng. 
Gi¸ trÞ lùc c ă ng bÒ mÆt t¸c dông lªn mét ®¬n vÞ dµi cña chu vi gäi lµ hÖ sè c ă ng bÒ mÆt  cña chÊt láng. Gäi L 1 lµ chu vi ngoµi vµ L 2 lµ chu vi trong cña chiÕc vßng, ta tÝnh ®­îc hÖ sè c ă ng bÒ mÆt cña chÊt láng ë nhiÖt ®é nghiªn cøu : 
ë ®©y D vµ d lµ ®­êng kÝnh ngoµi vµ ®­êng kÝnh trong cña vßng. 
IV. Giíi thiÖu dông cô ®o. 
 *ChiÕc vßng kim lo¹i ( nh«m ) dïng trong thÝ nghiÖm nµy lµ lo¹i vËt r¾n cã tÝnh dÝnh ­ít hoµn toµn ®èi víi chÊt láng cÇn nghiªn cøu (n­íc). Tr­íc khi ®o cÇn lau s¹ch c¸c chÊt bÈn b¸m vµo mÆt vßng, ®Ó cã kÕt qu¶ ®o chÝnh x¸c. 
* Th­íc kÑp dïng ®o chu vi ngoµi vµ chu vi trong cña chiÕc vßng 
III. Tr×nh tù thÝ nghiÖm 
A - §o lùc c¨ng Fc 
1.Lau s¹ch chiÕc vßng b»ng giÊy mÒm. Mãc d©y treo vßng vµo lùc kÕ 0,1N, råi treo lùc kÕ vµo thanh ngang cña gi¸ ®ì ®Ó ®o träng l­îng P cña chiÕc vßng. LÆp l¹i phÐp ®o P thªm 4 lÇn vµ ghi c¸c gi¸ trÞ ®o ®­îc vµo b¶ng. 
2.§Æt hai cèc A, B cã èng cao su nèi th«ng nhau lªn mÆt bµn. §æ chÊt láng cÇn ®o hÖ sè c¨ng mÆt ngoµi (n­íc cÊt, hoÆc n­íc s¹ch) vµo hai cèc, sao cho l­îng n­íc chiÕm kho¶ng 50% dung tÝch mçi cèc. §Æt cèc A ngay d­íi vßng nh«m ®ang treo trªn lùc kÕ. §Æt cèc B lªn mÆt tÊm ®Õ cña gi¸ ®ì (mÆt tÊm ®Õ cao h¬n mÆt bµn kho¶ng 30mm ). Sau khi mùc n­íc trong hai cèc ngang b»ng nhau, níi vÝt h·m khíp ®a n¨ng ®Ó h¹ lùc kÕ xuèng thÊp dÇn sao cho mÆt ®¸y cña chiÕc vßng n»m c¸ch mÆt n­íc kho¶ng 0,5cm. §iÒu chØnh d©y treo vßng sao cho mÆt ®¸y cña vßng song song víi mÆt n­íc. 
 3. KÐo nhÑ mãc treo vËt cña lùc kÕ ®Ó cho ®¸y vßng nh«m ch¹m ®Òu vµo mÆt n­íc, råi bu«ng tay ra. D­íi t¸c dông cña lùc dÝnh ­ít vµ lùc c¨ng bÒ mÆt, vßng nh«m bÞ mµng n­íc b¸m quanh ®¸y vßng gi÷ l¹i. 
4.H¹ cèc B xuèng mÆt bµn ®Ó n­íc trong cèc A l¹i tõ tõ ch¶y sang cèc B. Quan s¸t vßng vµ lùc kÕ, ta thÊy ®¸y vßng nh­ bÞ "dÝnh" vµo mÆt n­íc, nªn khi mÆt n­íc trong cèc A h¹ xuèng th× vßng bÞ kÐo xuèng theo, lµm cho sè chØ trªn lùc kÕ t¨ng dÇn. Cho ®Õn khi b¾t ®Çu xuÊt hiÖn mét mµng chÊt láng b¸m quanh chu vi ®¸y vßng ë vÞ trÝ cao h¬n mÆt tho¸ng, th× sè chØ trªn lùc kÕ kh«ng t¨ng n÷a, mÆc dï mÆt chÊt láng tiÕp tôc h¹ xuèng vµ mµng chÊt láng b¸m quanh vßng tiÕp tôc bÞ kÐo dµi ra, tr­íc khi nã bÞ døt ®øt. Gi¸ trÞ lùc F chØ trªn lùc kÕ ë thêi ®iÓm ngay tr­íc khi mµng láng bÞ ®øt , ®óng b»ng tæng cña träng l­îng P cña vßng vµ ®é lín Fc cña lùc c¨ng bÒ mÆt chÊt láng t¸c dông lªn chu vi ngoµi vµ chu vi trong cña vßng. Ghi gi¸ trÞ cña lùc F vµo b¶ng. 
5. §Æt l¹i cèc B lªn mÆt tÊm ®Õ vµ lÆp l¹i thªm 4 lÇn c¸c b­íc 3 vµ 4. Ghi c¸c gi¸ trÞ lùc F ®o ®­îc vµo b¶ng 
IV- §o ®­êng kÝnh ngoµi vµ ®­êng kÝnh trong cña vßng. 
1. Dïng th­íc kÑp ®o 5 lÇn ®­êng kÝnh ngoµi D vµ ®­êng kÝnh trong d cña vßng, ghi vµo b¶ng. 
 Ghi chó : Trong tr­êng hîp ®¸y vßng ®­îc v¸t máng sao cho D  d th× tæng chu vi vßng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc L 1 + L 2  2  D. Nh­ vËy ta chØ cÇn ®o ®­êng kÝnh ngoµi D cña chiÕc vßng. 
 2. KÕt thóc thÝ nghiÖm : NhÊc vßng ra khái lùc kÕ, lau kh« vµ cÊt trong hép nhùa s¹ch. 
 CÊu t¹o th­íc kÑp 
T 
0 
2 
2' 
3 
1 
1 
D 
10 
0 
5 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
CHÀO TẠM BIỆT 
HẸN GẶP LẠI 
TR ƯỜNG ĐHSP HUẾ 
TỔ MỘT