Đề tài Áp suất phụ

I/ Lý do chọn đề tài Trong cuộc cải cách của toàn ngành giáo dục về hệ thống sách giáo khoa,phương pháp giảng dạy..., nhằm đáp ứng được nhu cầu giáo dục của thời đại . Vật lý học cũng phải đổi mới mạnh mẽ vì nó là bộ môn gắn liền với thực nghiệm, và có nhiều vấn đề gắn liền với cuộc sống, với tự nhiên. Thực tế không phải bài giảng nào học sinh cũng lĩnh hội được lượng kiến thức mà sách giáo khoa đưa ra, cũng không phải giáo viên nào đều nắm sâu sắc những vấn đề mà sách giáo khoa đưa ra. Chẳng hạn như vấn đề về áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng. Đây là vấn đề đi sâu vào thế giới vi mô, đòi hỏi sự sâu sắc về kiến thức phân tử và khả năng trừu tưởng cao. Nhưng vấn đề này sách giáo khoa chưa cung cấp đầy đủ, vả lại các sách tham khảo ít nói về vấn đề này. Chính vì vẩy, tôi thiết nghĩ vấn đề áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng cần phải được làm sáng tỏ. II/ Cơ sở khoa học. 1/ Thuyết động học phân tử về cấu tạo chất. Trong nội dung của thuyết động học phân tử về cấu tạo chất, chúng ta quan tâm đến sự tương tác giữa các phân tử. 2/ Điều kiện cân bằng của một chất điểm: ồ F = 0 3/ Quy tắc toán học: Quy tắc cộng véc tơ. Quy tắc hình chiếu. 4/ Công thức Laplaxơ về tính áp suất phụ: 1 R 1 R + p = d . ( ) 5/ Lực căng mặt ngoài f= d l III/ Điều kiện giải thích: Chúng ta chỉ xét trường hợp dính ướt hoàn toàn hoặc không dính ướt hoàn toàn. chuyên đề áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng 1/ áp suất phụ. Trong các hình trụ có kích thước không lớn thì mặt ngoài của chất lỏng làm ướt có dạng lõm,chất lỏng không làm ướt có dạng lồi. Những dạng này gọi chung là mặt khum, điều này được giải thích như sau: Một phần tử ở tiếp giáp của 3 môi trường rắn, lỏng, khí, chịu lực hút frl(lực hút của phần tử rắn lên phần tử lỏng) và fll ( lực hút của phần tử lỏng lên phần tử lỏng ). Bỏ qua lực hút của phần tử khí lên phần tử lỏng. Ta phân tích f hợp lực của frl và fll thành hai thành phần : f1 vuông góc với mặt phân cách và f2 tiếp tuyến với mặt phân cách (Hình 1.1), chỉ có phần tử f2 kéo phần tử chất lỏngở chỗ tiếp giáp hướng về chất rắn (hoặc kéo xa chất rắn ). Kết quả phần tử lỏng ở chỗ tiếp giáp sẽ dịch chuyển, làm cho mặt phân cách ở chỗ tiếp giáp không còn vuông góc với thnhf bình mà trở thành mặt khum. Bây giờ ta xét những phần tử ở mặt khum, ngay chỗ tiếp giáp thì điều kiện cân bằng của phần tử là f hợp lực của frl và fll phải vuông góc với mặt khum(Hình 1.2). Nếu phân tích các lực frl và fll thành những lực thành phần theo phương vuông góc và phương tiếp tuyến với mặt khum của chất lỏng ở chỗ tiếp giáp thì điều kiện cân bằng của phần tử đó phát biểu lại như sau: Thành phần tiếp tuyến của frl và fll phải trực đối với nhau. Trong trường hợp này lực căng mặt ngoài dược coi như là tổng hợp tất cả các thành phần của fll (hoặc frl ) theo phương tiếp tuyến với mặt khum tác dụng lên các phần tử ở chỗ tiếp giáp (Hình 1.3). Nếu mặt ngoài là mặt khum lồi thì dưới tác dụng của lực căng mặt ngoài nói trên, mặt khum lồi sẽ tạo thành một áp suất nén xuống chất lỏng ở dưới. Nếu mặt ngoài là mặt khum lõm thì dưới tác dụng của lực căng mặt ngoài nói trên, mặt khum lõm sẽ tạo thành một áp suất kéo chất lỏng ở dưới lên. áp suất do mặt khum tác dụng vào chất lỏng như vậy gọi là áp suất phụ. 2/ biểu thức tính áp suất phụ a/ Trường hợp mặt ngoài là một phần mặt cầu. Ta xét mặt ngoài là lồi: Xét diện tích nguyên tố DS (Hình 4). Lực Df đặt lên nguyên tố đường vòng Dl có giá trị là Df = d.Dl vì tiếp xúc với mặt cầu nên lực Df tạo thành với bán kính OC một góc q, thành phần Df1 song song với OC nén khối chất lỏng dưới diện tích DS tạo nên một áp suất phụ dương, tổng hợp lực của Df1chảy dọc đường dưới hạn của DS là : f1 = SDf1 = d.sinj.SDl = d.sinj.2pr Trong đó r là bán kính đường tròn. Mặt khác ta có : sinj =r/R với R = OC. Vậy f1 = d.2pr2/R Do đó áp suất phụ gây bởi mặt khum lồi là : P= f1/pr2 = 2d / R Nếu mặt lõm thì tương tự ta có : P= - 2d / R b/ Nếu mặt ngoài có dạng bất kỳ Công thức Laplaxơ cho phép ta tính áp suất phụ gây bởi mặt khum là: P = d.(1/ R1+ 1/R2) Theo công thức này thì mặt lồi R > 0, mặt lõm thì R< 0. Nếu là bán cầu thì R1 = R2 , lúc này ta có : P= ± 2d / R f2 f f f1 Hình 1.1 Hình1.2 DS Dl f o f Df q Df1 j C Hình 1.3 Hình 1.4 Ta xét trường hợp dính ướt hoàn toàn, trong một số trường hợp đơn giản sau: sự dính ướt hoàn toàn trong ống mao dẫn. Lực căng mặt ngoài có phương dọc theo thành ống mao dẫn. Trong trường hợp này mặt khum có dạng bán cầu, với bán kính R = d/2 ( d là đường kính của ống mao dẫn), thì áp suất phụ gây nên bởi mặt khum là: P= 2d / R = 4d / d sự dính ướt hoàn toàn của chất lỏng với hai bản thuỷ tinh đặt song song cách nhau một khoảng d. Lực căng mặt ngoài có phương song song với mặt thuỷ tinh. Trong trường hợp này mặt khum có dạng bán trụ, với bán kính R = d/2 (d là khoảng cách giữa hai bản song song), thì áp suất phụ gây bởi mặt khum là: P= d / R = 2d / d Quỳnh lưu, ngày 15 tháng 10 năm 2006. Người thực hiện Tạ Đình Hiền QLI Tài liệu tham khảo: vật lý đại cương. Nhà xuất bản giáo dục. Vật lý phân tử và nhiệt học. Nhà xuất bản giáo dục-1978