CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM

Đề tài:

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT
NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG

Giáo viên hướng dẫn:
Ths. Lê Văn Nhạn

Sinh viên thực hiện:
Phạm Thị Bích Thuận
MSSV: 1060172

05/2010


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ.................................................................................................................... 1
PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................................... 2
I. LÝ DO CHọN Đề TÀI...................................................................................................... 2
II. HOÀN CảNH THựC Tế. ................................................................................................. 3
III. MụC ĐÍCH Đề TÀI. ..................................................................................................... 3
IV. GIớI HạN CủA Đề TÀI.................................................................................................. 3
V. CÁC GIả THIếT CủA Đề TÀI. ......................................................................................... 3
VI. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIệN THựC HIệN Đề TÀI. .................................................. 3

VII. CÁC BƯớC TIếN HÀNH. ............................................................................................ 4
PHẦN NỘI DUNG ........................................................................................................... 5
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LỎNG.................................................... 5
I. TÍNH CHấT CHUNG VÀ NHữNG ĐặC ĐIểM CủA CHấT LỏNG. ............................................. 5
II. HÌNH DạNG CủA CHấT LỏNG. ....................................................................................... 6
III. CấU TRÚC PHÂN Tử CủA CHấT LỏNG. .......................................................................... 8
IV. HIệN TƯợNG CĂNG MặT NGOÀI CủA CHấT LỏNG. ........................................................ 8
1. Hình cầu tác dụng phân tử. .................................................................................. 8
2. Lực căng mặt ngoài của chất lỏng. ...................................................................... 9
3. Suất căng mặt ngoài. .......................................................................................... 12
4. Ứng dụng lực căng mặt ngoài của chất lỏng. .................................................... 12
V. MộT Số HIệN TƯợNG TạI BIÊN CủA CHấT LỏNG............................................................ 13
1. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt. ............................................................ 13
2. Áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng. ................................................... 16
3. Hiện tượng mao dẫn. .......................................................................................... 18
VI. SAI Số..................................................................................................................... 22
1. Khái niệm sai số. ................................................................................................ 22
2. Sai số hệ thống. .................................................................................................. 23
3. Sai số ngẫu nhiên. .............................................................................................. 24
4. Sai số tuyệt ñối. .................................................................................................. 26
5. Sai số tương ñối.................................................................................................. 27
VII. LÀM TRÒN SAI Số. ................................................................................................. 27
1. Chữ số có ý nghĩa. .............................................................................................. 27
2. Làm tròn sai số và viết kết quả........................................................................... 28
3. Sai số trong phép ño gián tiếp............................................................................ 28
CHƯƠNG II. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐO HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI .............. 30
I. TÁCH VÀNH KIM LOạI RA KHỏI MặT CHấT LỏNG. ......................................................... 30
II. ĐO MựC NƯớC DÂNG LÊN TRONG ốNG MAO DẫN........................................................ 30
III. Sử DụNG CÂN ĐÒN VÀ GIÁ TRọNG............................................................................ 32



CHƯƠNG III. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦA XĂNG
VÀ DẦU HỎA................................................................................................................ 33
I. MụC ĐÍCH THÍ NGHIệM. ............................................................................................. 33
II. DụNG Cụ THÍ NGHIệM. .............................................................................................. 33
III. PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIệM. ....................................................................................... 34
IV. TIếN HÀNH THÍ NGHIệM. ......................................................................................... 35
1. Chuẩn bị. ............................................................................................................ 35
2. Tiến hành. ........................................................................................................... 35
3. Những ñiều cần lưu ý khi tiến hành thí nghiệm: ................................................ 36
V. KếT QUả THÍ NGHIệM................................................................................................ 37
1. Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của xăng sử dụng lò xo 1 (k = 1.962 N/m)....... 37
2. Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của xăng sử dụng lò xo 2 (k =0,5407N/m)....... 38
3. Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của dầu hỏa sử dụng lò xo 1 (k=1.962N/m). ... 39
4. Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của dầu hỏa sử dụng lò xo 2 (k=0,5407N/m) .. 40
PHẦN KẾT LUẬN......................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 42
HƯỚNG DẪN BÀI THỰC HÀNH ĐO HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT
LỎNG.............................................................................................................................. 43
I. CƠ Sở LÝ THUYếT. ..................................................................................................... 43
II. THÍ NGHIệM. ............................................................................................................ 44
1. Thí nghiệm xác ñinh hệ số ñàn hồi của lò xo. .................................................... 44
2. Thí nghiệm xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng. ................................ 50


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

LỜI CẢM TẠ

Luận văn là bảng tổng hợp các kết quả thu ñược qua quá trình nghiên cứu lý thuyết

cũng như kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, ñể có ñược kết quả này không phải là kết quả của
cá nhân tôi. Sự thành công của luận văn là kết quả của bốn năm ñại học, là kết quả của sự
dìu dắt và dạy dỗ của các thầy cô, sự giúp ñỡ của bạn bè, sự ủng hộ của gia ñình.
Trước tiên, tôi xin gởi lời cám ơn chân thành ñến thầy: Ths. LÊ VĂN NHẠN. Người
ñã ñưa ra ñề tài, cung cấp tài liệu, hướng dẫn, ñộng viên và cổ vũ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Kế ñến, tôi muốn gởi lời cám ơn ñến cô NGUYỄN THỊ BƯỞI và thầy NGUYỄN
BÁ THÀNH. Người ñóng vai trò phản biện, ñã cho tôi nhiều ý kiến ñể bài luận văn trở nên
hoàn chỉnh hơn.
Tôi cũng xin cảm ơn thầy TRƯƠNG HỮU THÀNH. Người ñã sắp xếp phòng thí
nghiệm ñể tôi hoàn thành các thí nghiệm cần thiết cung cấp số liệu cho bài luận văn. Nó
cũng góp phần làm tăng khả năng thực hành thí nghiệm cho tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa sư phạm ñã tận tình giảng dạy, trang bị
cho chúng tôi những kiến thức cần thiết trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin gởi lời cảm ơn ñến những bạn bè xung quanh tôi ñã ủng hộ, giúp ñỡ và ñộng
viên tôi trong những lúc khó khăn.
Tôi cũng xin cảm ơn ñến gia ñình, những người ñã tạo mọi ñiều kiện cho tôi có thể ñi
học và thực hiện luận văn này.
Một lần nữa xin cảm ơn tất cả.
Tuy ñã cố gắng hết sức ñể hoàn chỉnh nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong sự thông cảm và góp ý vô cùng quý báo của Thầy Cô và các bạn bè.
Sinh viên thực hiện

P H Ạ M T H Ị BÍ C H T H U Ậ N

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 1



Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn ñề tài.
Từ xa xưa, con người ñã ñặt ra rất nhiều câu hỏi như: Tại sao một vật lại có thể rơi
ñược xuống ñất? Tại sao vật chất khác nhau lại có các ñặc tính khác nhau? Trái ñất ñược
hình thành như thế nào? Và nó ñược hình thành từ bao giờ?... Với những câu hỏi ñặt ra như
thế, con người ñã cố gắng tìm hiểu và không ngừng tìm hiểu. Và một vài thuyết ñược ñưa
ra, nhưng chỉ có một số thuyết ñược công nhận, mốt số thuyết lại lỗi thời, do phần lớn
những thuyết này mang ñậm nét triết lý và chưa từng qua bước kiểm chứng như thuyết hiện
ñại.
Với sự phát triển của khoa học thì hiện nay, các nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý
không chỉ ñơn thuần là lý thuyết mà các nghiên cứu ñược chia làm hai loại: vật lý lý thuyết
và vật lý thực nghiệm. Các nhà lý thuyết xây dựng và phát triển các lý thuyết ñể giải thích
cho những kết quả của thực nghiệm, và dự ñoán cho kết quả trong tương lai. Trong khi ñó,
các nhà thực nghiệm xây dựng và thiết lập các thí nghiệm kiểm chứng ñể khám phá ra
những hiện tượng mới hay kiểm tra tính ñúng ñắn của các dự ñoán trong lý thuyết. Mặc dù
ngành lý thuyết và thực nghiệm ñược phát triển một cách ñộc lập, song giữa hai ngành này
lại có một mối quan hệ tương hỗ với nhau. Trong quá trình thí nghiệm, có nhiều kết quả
khác biệt so với dự ñoán ban ñầu, do ñó cần ñến những lý thuyết mới ñể giải thích cho kết
quả tìm ra, và mô tả những dự ñoán mới. Nếu không có thực nghiệm, các nghiên cứu lý
thuyết có thể ñi lạc ñường. Và qua thực nghiệm ta có thể kiểm tra tính ñúng ñắn của lý
thuyết, bác bỏ những lý thuyết sai lầm, nó giúp cho các ñịnh luật vật lý có tính thuyết phục.
Trong vật lý sư phạm có rất nhiều thí nghiệm về cơ, nhiệt, ñiện quang... Vì thế, ñối
với sinh viên vật lý, thực hành vật lý là một khâu tập dượt rất quan trọng. Ngoài nghiên cứu
lý thuyết, sinh viên cũng cần phải rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm ñể có thể ñi sâu
vào lĩnh vực nghiên cứu, tìm tòi và khám phá.
Đặc biệt, xu thế trong giảng dạy vật lý hiện nay là ñưa thực nghiệm vào giảng dạy từ
bậc phổ thông ñến bậc ñại học. Do ñó, việc trao dồi kỹ năng rèn luyện thực hành là ñiều hết
sức cần thiết ñối với sinh viên sư phạm vật lý.

Với mong muốn ñược trao dồi kỹ năng rèn luyện thực hành thí nghiệm, tôi ñã mạnh
dạn chọn ñề tài: “XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG” làm ñề
tài luận văn ra trường. Qua ñề tài này, với sự cố gắng tìm hiểu, tôi hy vọng mình hiểu hơn
về chất lỏng, về tính chất, ñặc ñiểm cũng như một số hiện tượng ñặc biệt tại biên liên quan
ñến năng lượng tự do của nó. Hơn nữa, tôi còn có thể tiếp xúc với thực nghiệm, là cơ hội ñể
tôi có thể làm quen và biết cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm từ ñơn giản ñến phức tạp.
Qua ñó, tôi hy vọng mình có thêm kiến thức, kỹ năng, kinh nghiệm ñể phục vụ cho việc
giảng dạy và nghiên cứu sau này.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 2


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

II. Hoàn cảnh thực tế.
Phòng thí nghiệm cơ nhiệt ñại cương ñang có thiết bị ño hệ số căng mặt ngoài của
chất lỏng của hãng PASSCO nhưng chưa ñược triển khai. Để dụng cụ thí nghiệm ñược triển
khai, tôi ñã sử dụng dụng cụ ñể ño hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng. Cụ thể, tôi ñã tiến
hành thí nghiệm ño hệ số căng mặt ngoài của xăng và dầu hỏa.
Sử dụng dụng cụ của hãng PASSCO, cùng với sự hướng dẫn của thầy LÊ VĂN
NHẠN tôi ñã tiến hành thiết kế lại bài thí nghiệm cho việc tiến hành thí nghiệm dễ dàng và
phù hợp với thực tế.
Vì phải sử dụng ñến hai lò xo (thay cho lực kế) nên khi tiến hành thí nghiệm nảy sinh
ra vấn ñề ño hệ số ñàn hồi của lò xo. Nhưng thí nghiệm ño hệ số ñàn hồi của lò xo ñã ñược
chị khóa trước tiến hành ño và ñưa ra kết quả, khi kiểm nghiệm lại, tôi thấy kết quả này phụ
hợp. Do ñó, tôi không tiến hành thiết kế lại bài thí nghiệm ño hệ số ñàn hồi của lò xo nữa,
mà tôi sử dụng kết quả này ñể tính giá trị của hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng.

III. Mục ñích ñề tài.

Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng từ ñó thiết kế một bài thí nghiệm ño hệ
số căng mặt ngoài của chất lỏng.

IV. Giới hạn của ñề tài.
Vì thời gian thực hiện ñề tài có giới hạn. Do ñó tôi chỉ tiến hành thí nghiệm trên hai
lò xo có ñộ ñàn hồi khác nhau và tiến hành ño hệ số căng mặt ngoài của xăng và dầu hỏa tại
ñiều kiện phòng thí nghiệm.

V. Các giả thiết của ñề tài.
Nghiên cứu sơ lược về cầu trúc phân tử của chất lỏng và các hiện tượng bề mặt của
nó.
Để chứng minh ñược có năng lượng tự do của chất lỏng, phải tiến hành thí nghiệm
xác ñịnh sức căng mặt ngoài của chất lỏng.

VI. Phương pháp và phương tiện thực hiện ñề tài.
Để hoàn thành ñề tài luận văn tôi ñã sử dụng thước ngắm của phòng thí nghiệm cơ
nhiệt ñại cương. Sử dụng dụng cụ xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng của hãng
PASSCO.
Nghiên cứu lý thuyết các vấn ñề liên quan: Trạng thái phân tử của chất lỏng và một
số hiện tượng bề mặt của chất lỏng.
Phương pháp thực hiện xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của xăng và dầu hỏa.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 3


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

VII. Các bước tiến hành.
Bước 1: Tìm hiểu ñề tài và tài liệu liên quan.

Bước 2: Nghiên cứu lý thuyết.
Bước 3: Tìm hiểu, lắp ráp dụng cụ thí nghiệm.
Bước 4: Tiến hành ño ñạc, lấy số liệu.
Bước 5: Phân tích kết quả thí nghiệm.
Bước 6: Hoàn thành ñề tài.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 4


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LỎNG
I. Tính chất chung và những ñặc ñiểm của chất lỏng.
Trong cuộc sống chúng ta luôn sử dụng nước, dầu hỏa, dầu diesel, dầu ăn… Tất cả
ñều ñược gọi chung là chất lỏng. Chất lỏng là một trạng thái vật chất phổ biến, là một chất
lưu mà các phân tử cấu tạo nên nó có liên kết chặt hơn so với liên kết của các phân tử chất
khí nhưng so với liên kết của các phân tử chất rắn thì lực liên kết của các phân tử chất lỏng
lại yếu hơn. Các phân tử của chất lỏng có thể chuyển ñộng tự do trong khối chất lỏng nhưng
chúng tạo thành một bề mặt rõ ràng.
Xét về trạng thái của chất lỏng thì nó hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt ñộ và áp suất của
môi trường. Cụ thể, với áp suất là 1 atm và nhiệt ñộ bình thường thì nó ở thể lỏng. Nhưng
nếu như nhiệt ñộ hạ xuống dưới 0oC thì nó chuyển sang thể rắn (nước ñá). Và khi nhiệt ñộ
vượt quá 100oC thì nó chuyển sang thể khí (hơi nước). Tương tự, phần lớn chất lỏng khác
cũng vậy, nó gồm ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. Ở nhiệt ñộ bên dưới ñiểm sôi chất lỏng sẽ
bốc hơi trên bề mặt của nó. Ở tại ñiểm sôi tương ứng chất lỏng sẽ chuyển thành thể khí, và ở
tại ñiểm ñông nó sẽ chuyển thành thể rắn.
Trong cuộc sống có rất nhiều hiện tượng về chất lỏng khá thú vị. Cụ thể ta xét một

vài hiện tượng sau:

Hình 1: Giọt nước

Hình 2: Đồng xu nổi trên mặt nước

Hình 3: Bong bóng xà phòng

Tại sao nước có thể tạo thành giọt? Tại sao ñồng xu lại có thể nổi lên trên mặt nước?
Và tại sao bong bóng trong trò chơi thổi bong bóng bằng xà phòng luôn có dạng hình cầu,
mà không phải là hình lập phương, hình hộp chữ nhật… hay là một hình nào khác. Tất cả
các hiện tượng này ñều có chung một nguyên nhân ñó là lực căng bề mặt của chất lỏng,
chính lực này làm cho bề mặt của chất lỏng như có tính ñàn hồi, ñây cũng là một ñặc ñiểm
của chất lỏng.
Một ñặc ñiểm nữa của chất lỏng mà cơ thể chúng ta hoàn toàn có thể cảm nhận ñược.
Cụ thể, khi lặn xuống nước ta sẽ có cảm giác khó thở, khó chịu, lỗ tai lùng bùng… Càng lặn
xuống sâu thì những cảm giác ñó càng thể hiện rõ rệt. Đó là do khi lặn trong nước, nước sẽ
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 5


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

tác ñộng lên cơ thể chúng ta một áp suất và áp suất này sẽ lớn dần nếu ta càng lặn sâu xuống
nước. Xét chất lỏng ở trong bình chứa thì chất lỏng tác ñộng áp suất lên các mặt của bình
chứa cũng giống như các vật bên trong lòng của chúng. Áp suất này ñược truyền ñi theo tất
cả các hướng. Đây chính là câu trả lời cho câu hỏi: Tại sao khi lặn xuống sâu, người thợ lặn
phải mặc áo lặn chịu ñược áp suất lớn.
Cùng là nước, nhưng nếu ta pha rượu và nước lại thì ta có một dung dịch hỗn hợp

gồm rượu và nước, tùy vào lượng nước pha vào ta sẽ có ñược dung dịch với nồng ñộ khác
nhau và qua sự khác nhau ñó ta có khái niệm về ñộ rượu. Nhưng nếu như pha nước và dầu
thực vật lại với nhau thì sao? Hoàn toàn trái ngược với trường hợp trên, ta dễ dàng nhận
thấy ñược rằng: nước và dầu thực vật không hòa vào nhau, nhìn vào hỗn hợp ta sẽ dễ dàng
phân biệt ñược ñâu là dầu thực vật và ñâu là nước. Từ ñó cho ta biết thêm hai ñặc ñiểm nữa
của chất lỏng ñó là tính trộn lẫn và tính không trộn lẫn.
Ngoài ra, chất lỏng còn một số ñặc ñiểm nữa là thể tích của nó ñược cố ñịnh bởi nhiệt
ñộ và áp suất của môi trường. Chất lỏng rất khó nén và thường giãn nỡ khi bị nung nóng và
co lại khi bị lạnh. Và chất lỏng có thể chảy.

II. Hình dạng của chất lỏng.
Chúng ta thường nghĩ rằng các khối chất lỏng không có hình dạng nhất ñịnh. Khi
chứa nó vào bình có hình dạng nhất ñịnh thì nó sẽ chiếm hình dáng của bình chứa. Nhưng
sự thật không như vậy, hình dạng thật của khối lỏng là hình cầu. Nhưng do lực liên kết giữa
các phân tử không ñủ lớn ñể nó giữ vững hình dạng ñó. Cùng với sự tác dụng của trọng lực
làm cho hình dạng của nó bị ñè bẹp, bị dàn mỏng hoặc chiếm hình dạng của bình chứa.

Hình 4: Chất lỏng chảy lan thành lớp mỏng

Hình 5: Chất lỏng lấy hình dạng bình chứa

Như vậy, khi không có sự tác dụng của trọng lực thì hình dạng của chất lỏng là gì?
Để biết ñược câu trả lời, ta xét một thí nghiệm: Ta biết rằng dầu oliu nổi trong nước nhưng
lại chìm trong rượu, vì thế có thể hòa lấy một hỗn hợp gồm nước và rượu như thế nào sao
cho dầu ô liu không chìm xuống ñáy và cũng không nổi lên mặt. Dùng xilanh bơm một ít

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 6



Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

dầu ô liu vào trong hỗn hợp này ta sẽ thấy một sự kỳ lạ là dầu tụ lại thành một giọt tròn, treo
lở lửng trong lòng của hỗn hợp dung dịch.

Hình 6: Dầu ô liu
ở trong bình chứa
nước hòa lẫn rượu
thì tụ lại thành
khối cầu không
chìm cũng không
nổi.

Giọt dầu ô liu treo lơ lửng trong lòng của hỗn hợp dung dịch, theo ñịnh luật
Archimede ta biết rằng giọt dầu ô liu ñã mất trọng lượng, hay nói cách khác là chất lỏng
không còn chịu tác dụng của trọng lực, và bây giờ ta quan sát thấy thì giọt dầu ô liu có dạng
hình tròn.
Như vậy hình dạng của chất lỏng là gì?
Ở mặt ñất dưới tác dụng của trọng lực khối chất lỏng sẽ chảy lan ra thành lớp mỏng
hoặc có hình dạng của bình chứa. Ở những chổ chất lỏng tiếp xúc với bình chứa mặt giới
hạn của chất lỏng sẽ trùng với thành bên trong của bình chứa, còn ở những chổ chất lỏng
không tiếp xúc với bình chứa thì mặt chất lỏng luôn nằm ngang và gọi là mặt thoáng của
chất lỏng. Trên mặt thoáng có thể là không khí, một chất khí nào ñó hoặc chân không.
Và khi các khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lực hoặc chịu tác dụng của những
lực cân bằng nhau thì các khối chất lỏng ñều có dạng hình cầu.

Hình 7: Giọt nước có dạng hình cầu.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận


Trang 7


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

III. Cấu trúc phân tử của chất lỏng.
Cũng như các chất khác, chất lỏng ñược cấu tạo từ những hạt rất nhỏ, riêng biệt gọi
là phân tử, phân tử chất lỏng có kích thước vào khoảng 4.10-10m và có khối lượng vào
khoảng 2,9.10-26kg. Từ ñó, cho thấy rằng phân tử của chất lỏng có kích thước và khối lượng
nhỏ ñến mức mà mắt thường không thể nhìn thấy ñược.
Xét về mật ñộ phân tử thì mật ñộ phân tử trong chất lỏng lớn gấp nhiều lần so với
mật ñộ phân tử trong chất khí và gần bằng mật ñộ phân tử trong chất rắn.
Trong chất lỏng, các phân tử chuyển ñộng hỗn ñộn không ngừng. Mỗi phân tử chất
lỏng luôn dao ñộng hỗn ñộn xung quanh một vị trí cân bằng xác ñịnh. Sau một khoảng thời
gian nào ñó do tương tác với các phân tử ở gần, nó nhảy sang một vị trí xác ñịnh khác và lại
dao ñộng hỗn ñộn xung quanh vị trí này một thời gian, rồi lại nhảy sang một vị trí xác ñịnh
mới. Thời gian một phân tử giao ñộng xung quanh một vị trí xác ñịnh, tính từ lúc ñến tới lúc
phân tử ñó nhảy sang vị trí xác ñịnh mới gọi là thời gian cư trú của phân tử. Chuyển ñộng
ñó của mỗi phân tử ñược gọi là chuyển ñộng nhiệt của phân tử trong chất lỏng, khi nhiệt ñộ
của chất lỏng tăng thì chuyển ñộng nhiệt tăng và thời gian cư trú càng ngắn, trật tự sắp xếp
phân tử thay ñổi càng nhanh, tính hỗn loạn càng tăng. Và khi chất lỏng ở nhiệt ñộ càng cao
thì có cấu trúc gần với không khí.
Không chỉ có phân tử di chuyển mà vị trí cần bằng của mỗi phân tử cũng di chuyển,
tức là vị trí cân bằng này có thể dời chổ sau khoảng thời gian trung bình vào khoảng 10-11s.
Và sự dời chổ của các vị trí cân bằng cũng là một nguyên nhân làm cho chất lỏng
không có hình dạng xác ñịnh mà có thể chảy.

IV. Hiện tượng căng mặt ngoài của chất lỏng.
1. Hình cầu tác dụng phân tử.

Theo cấu trúc phân tử của chất lỏng thì chất lỏng không liền một khối như mắt
thường ta ñã nhìn thấy, mà chất lỏng ñược cấu tạo từ các phân tử rất nhỏ, riêng biệt, và giữa
các phân tử này có khoảng cách. Tuy các hạt phân tử này riêng biệt nhau, nhưng giữa chúng
có lực tương tác với nhau và ñộ lớn của lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Cụ
thể, giữa hai phân tử có lực hút và lực hút này tỉ lệ nghịch với khoảng cách. Bắt ñầu từ một
khoảng cách r nào ñó có thể bỏ qua các lực hút giữa các phân tử thì khoảng cách r ñó gọi là
bán kính tác dụng phân tử, còn hình cầu có bán kính r gọi là hình cầu tác dụng phân tử. Bán
kính tác dụng phân tử có ñộ lớn vào cỡ vài ñường kính hiệu dụng của phân tử.
Xét hai phân tử, phân tử A nằm trong lòng khối lỏng và phân tử B nằm cách mặt
thoáng của khối lỏng một khoảng cách nhỏ hơn bán kính tác dụng phân tử.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 8


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Hình 8: Hình cầu tác dụng phân tử
Phân tử A nằm trong lòng khối lỏng nên lực hút giữa phân tử A với các phân tử trong
hình cầu tác dụng của phân tử A theo mọi phía và các lực hút này cân bằng nhau, nên hợp
lực tác dụng lên phân tử A bằng không.
Phân tử B nằm cách mặt thoáng một khoảng cách nhỏ hơn r. Lúc này hình cầu tác
dụng của phân tử B ñược chia thành hai phần rõ rệt. Phần nằm ngoài khối lỏng và phần nằm
trong khối lỏng. Phần nằm ngoài của khối lỏng là các phân tử ở thể khí (hơi của chất lỏng
ñó). Vì ở thể hơi mật ñộ phân tử ít hơn mật ñộ phân tử ở thể lỏng nên số các phân tử nằm
trong phần hình cầu tác dụng này là ít nên tác dụng của chúng lên phân tử B rất nhỏ. Còn
phần nằm trong khối lỏng là các phân tử ở thể lỏng ñó, lực tác dụng của chúng lên phân tử
B lớn hơn. Khi ñó các lực tác dụng lên phân tử B không cân bằng nhau và phân tử B chịu
hợp lực tác dụng


hướng vào trong lòng khối lỏng. Độ lớn của lực này càng tăng khi phân

tử B càng gần mặt thoáng của chất lỏng.
Tuy lực

tác dụng lên phân tử B hướng vào trong lòng khối lỏng nhưng không làm

cho phân tử B chuyển ñộng vào bên trong lòng khối lỏng mà vẫn thực hiện việc dao ñộng
xung quanh vị trí cân bằng. Đó là vì khi phân tử B dưới tác dụng của lực

tiến theo hướng

ñi vào trong lòng khối lỏng ñể lại gần các phân tử khác hơn thì sẽ xuất hiện lực ñẩy chống
lại lực .
Các phân tử mặt ngoài cũng giống như các phân tử ở trong lòng chất lỏng, ñều dao
ñộng hỗn loạn xung quanh vị trí cân bằng một thời gian nào ñó. Sau ñó, do sự tương tác với
các phân tử chung quanh thỉnh thoảng chúng lại thay ñổi vị trí cân bằng. Nói cách khác nếu
bỏ qua dao ñộng nhiệt thì tuy chịu tác dụng của lực

nhưng phân tử ở mặt ngoài vẫn coi

như nằm tại vị trí cân bằng.

2. Lực căng mặt ngoài của chất lỏng.
Trong ñời sống thực tế, ta thường bắt gặp một số loài sinh vật có thể ñứng và di
chuyển trên mặt nước mà không chìm trong nước. Trường hợp này mặt nước giống như một
màng căng.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận


Trang 9


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Hình 9: Con nhện ñứng ñược trên mặt nước
Hiện tượng này ñược giải thích như thế nào?
Cũng như ta ñã biết, chất lỏng ñược cấu tạo từ các phân tử rất nhỏ, giữa các phân tử
của chất lỏng có khoảng cách và mỗi phân tử chịu lực tác dụng của các phân tử xung quanh.
Bây giờ ta lại xét hai phân tử ở hai vị trí khác nhau, một phân tử ở trong lòng chất lỏng và
một phân tử ở mặt thoáng của chất lỏng.

Hình 10: Hình biểu diễn lực tác dụng lên phân tử chất lỏng
Phân tử ở trong lòng chất lỏng thì chịu lực tác dụng của các phân tử xung quanh nó
và hợp lực này cân bằng, còn các phân tử ở mặt thoáng thì chịu một hợp lực hướng vào
trong lòng chất lỏng. Do ñó trên bề mặt của chất lỏng xuất hiện lực căng. Lực này gọi là lực
căng mặt ngoài của chất lỏng.
Bây giờ xét một trường hợp khác, người ta ñã tiến hành thí nghiệm, Nhúng một
khung dây ñồng trên ñó có buộc một vòng dây chỉ hình dạng bất kì vào nước xà phòng. Sau
ñó nhấc nhẹ khung dây ñồng ra ngoài ñể tạo thành màng xà phòng phủ kín khung dây. Chọc
thủng màng xà phòng bên trong vòng dây chỉ. Khi ñó ta quan sát thấy bề mặt phần màng xà
phòng còn ñộng lại trên khung dây có tính chất giống như một màng ñàn hồi ñang bị kéo
căng, nó có xu hướng tự co lại ñể chiếm diện tích tới mức nhỏ nhất có thể.
Hiện tượng trên chứng tỏ trên bề mặt phần màng xà phòng ñã có các lực nằm tiếp
tuyến với bề mặt màng xà phòng và kéo nó căng ñều theo mọi phương vuông góc với vòng
dây chỉ, làm cho vòng dây chỉ có dạng một ñường tròn. Lực này cũng chính là lực căng mặt
ngoài.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 10



Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Theo quan ñiểm năng lượng, mỗi phân tử ở lớp mặt ngoài có chịu một lực hướng vào
phía trong khối lỏng. Việc di chuyển một phân tử trong lòng khối lỏng ra ngoài gắn liền với
sự cần thiết phải thực hiện một công chống những lực tác dụng ở mặt ngoài, và công này
ñược thực hiện nhờ có ñộng năng. Công này làm tăng thế năng của phân tử, ñiều này giống
như một vật bay lên cao ñã thực hiện một công chống lại lực hấp dẫn của trái ñất. Và chính
công này làm tăng thế năng của vật. Trong sự chuyển ñộng ngược lại của phân tử vào trong
lòng chất lỏng, thế năng mà phân tử có ñược ở trong lớp mặt ngoài sẽ chuyển thành thành
ñộng năng của phân tử.
Như vậy các phân tử ở lớp mặt ngoài có một thế năng phụ. Toàn bộ lớp mặt ngoài có
một năng lượng phụ, năng lượng này là một phần cấu thành nội năng của chất lỏng. Khi lớp
diện tích mặt ngoài của chất lỏng tăng lên, tức là có nhiều phân tử di chuyển từ trong lòng
chất lỏng ra lớp mặt ngoài. Lúc này năng lượng phụ (năng lượng tự do) của chất lỏng cũng
tăng lên. Ngược lại khi chất lỏng giảm diện tích mặt ngoài thì năng lượng tự do của chất
lỏng cũng giảm.
Theo nguyên lý cực tiểu của năng lượng tự do thì ứng với một năng lượng tự do nhỏ
nhất thì lớp mặt ngoài luôn co về diện tích nhỏ nhất. Trong hình học người ta chứng minh
ñược rằng với một thể tích cho trước thì hình cầu là hình có diện tích mặt ngoài nhỏ nhất.
Như trên, ta ñã biết ñược rằng, chất lỏng giảm diện tích mặt ngoài thì năng lượng tự
do của nó cũng giảm ñiều này phù hợp với nguyên lý cực tiểu của năng lượng tự do.
Ở những giọt chất lỏng nhỏ, năng lượng tự do chiếm ưu thế, do ñó những giọt này có
dạng hình cầu. Những giọt chất lỏng lớn, tuy năng lượng tự do cũng tăng, nhưng còn có lực
tác dụng của lực hấp dẫn, nên những khối lớn của chất lỏng sẽ có hình dạng của bình chứa
chúng với mặt thoáng nằm ngang.
So với các phân tử ở bên trong thì các phân tử ở mặt ngoài có năng lượng tự do, nên
chất lỏng trong giống như bị nhốt trong cái màng căng ñàn hồi, màng này có xu hướng co
lại. Thật sự thì không có màng nào cả, ở bên trong hay bên ngoài của một khối lỏng thì cũng

ñược cấu tạo bởi các phân tử như nhau, nhưng các phân tử ở bên ngoài có thêm năng lượng
tự do làm cho chất lỏng co về diện tích nhỏ nhất có thể có. Tính co về diện tích nhỏ nhất có
thể có cho phép ta khẳng ñịnh, mặt ngoài của chất lỏng xuất hiện một lực, lực này ñược gọi
là lực căng mặt ngoài của chất lỏng.
Lực kéo căng bề mặt của chất lỏng gọi là lực căng mặt ngoài của chất lỏng. Lực căng
mặt ngoài tác dụng lên một ñoạn ñường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn luôn có
phương vuông góc với ñoạn ñường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng và có ñộ lớn tỉ lệ
thuận với ñộ dài l của ñoạn ñường ñó.
Lực căng mặt ngoài không chỉ có trên mặt phân cách giữa pha lỏng và pha hơi mà có
trên mặt phân cách giữa hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, hay giữa chất lỏng và chất
rắn.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 11


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

3. Suất căng mặt ngoài.
Ta cắt tưởng tượng một phần mặt ngoài của chất lỏng ñược giới hạn bởi một chu
tuyến ñóng. Xu hướng co hẹp lại của phần mặt ngoài ñó dẫn tới việc nó tác dụng lên những
phần tiếp giáp với nó những lực phân bố dọc theo toàn bộ chu tuyến. Những lực này gọi là
lực căng mặt ngoài. Lực căng mặt ngoài tiếp tuyến với mặt ngoài chất lỏng và vuông góc
với phần chu tuyến mà nó tác dụng.
Ta ký hiệu một ñơn vị ñộ dài của chu tuyến mà lực căng mặt ngoài tác dụng lên là σ.
Và σ ñược tính bằng công thức:
(1)
Và σ ñược gọi là suất căng mặt ngoài của chất lỏng, hay gọi là hệ số căng mặt ngoài
của chất lỏng.
Trong hệ SI thì sức căng mặt ngoài có ñơn vị là N/m.

Trong hệ (GGS) thì sức căng mặt ngoài có ñơn vị là Đyn/em.
Khi tăng nhiệt ñộ của một chất thì suất căng mặt ngoài của chất ñó giảm, ñến nhiệt
ñộ tới hạn thì suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng không vì lúc ñó mặt phân cách giữa
pha lỏng và pha hơi không còn tồn tại.
Với các chất lỏng khác nhau sẽ có suất căng mặt ngoài khác nhau. Và suất căng mặt
ngoài của chất lỏng cũng sẽ thay ñổi nếu trong nó có chất khác. Ví dụ suất căng mặt ngoài
của nước sẽ khác với suất căng mặt ngoài của nước xà phòng.

4. Ứng dụng lực căng mặt ngoài của chất lỏng.
Do tác dụng của lực căng bề mặt nên nước mưa không thể lọt qua các lỗ nhỏ giữa các
sợi vải căng trên ô dù hoặc mui bạt ôtô tải.
Nước trong ống nhỏ giọt chỉ có thể thoát ra khỏi miệng ống khi giọt nước có kích
thước ñủ lớn ñể trọng lượng của nó thắng ñược lực căng bề mặt của nước tại miệng ống.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 12


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

V. Một số hiện tượng tại biên của chất lỏng.
1. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt.

Hình 11: Nước chảy lan ra thành lớp mỏng

Hình 12: Nước ñọng lại thành giọt trên lá sen

Nhỏ một giọt nước lên thủy tinh sạch thì nước sẽ chảy lan ra trên mặt của thủy tinh
thành lớp mỏng. Trái lại nhỏ một giọt nước lên lá sen thì giọt nước không chảy lan ra mà có

dạng gần hình cầu hơi bị bẹp do tác dụng của trọng lực.
Từ các hiện tượng ñó người ta có thể nói rằng nước làm dính ướt thủy tinh và không
làm dính ướt lá sen. Đây là hai hiện tượng dính ướt và không dính ướt của chất lỏng và hiện
tượng này ñược giải thích như thế nào?
Như ta ñã biết thì giữa các phân tử trong chất lỏng có lực hút. Tương tự, khi chất
lỏng tiếp xúc với chất rắn thì xuất hiện lực hút giữa các phân tử chất lỏng và các phân tử
chất rắn. Khi lực hút giữa các phân tử chất rắn và các phân tử chất lỏng mạnh hơn lực hút
giữa các phân tử chất lỏng với nhau thì có hiện tượng dính ướt.
Ngược lại, nếu lực hút giữa các phân tử giữa chất lỏng với nhau lớn hơn lực hút giữa
các phân tử chất lỏng với các phân tử của chất rắn thì có hiện tượng không dính ướt.
Xét một phân tử A tại chổ tiếp giáp giữa ba môi trường: rắn, lỏng và khí (hoặc hơi).
Lực hút giữa các phân tử chất khí lên phân tử A không ñáng kể so với lực hút giữa các phân
tử chất rắn tác dụng lên phân tử A và lực hút giữa các phân tử chất lỏng lên phân tử A, nên
lực hút giữa các phân tử chất khí lên phân tử A không ñáng kể. Ta chỉ xét ñến lực hút giữa
các phân tử chất rắn và các phân tử chất lỏng lên phân tử A.
Gọi

là lực hút giữa các phân tử chất rắn lên phân tử A,

tử chất lỏng tác dụng lên phân tử A. và

là lực hút giữa các phân

là lực tổng hợp của hai lực

và

tác dụng lên

phân tử A.


Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 13


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

1.1. Hiện tượng dính ướt.
Nếu

hướng về phía chất rắn thì ta phân tích

với mặt phân cách của chất lỏng và

thành hai thành phần:

vuông góc

tiếp tuyến với mặt phân cách của chất lỏng.

A

Rắn

Lỏng

Hình 13: Hình biểu diễn lực tác dụng lên phân tử A trong hiên tượng dính ướt.
không có tác dụng làm dịch chuyển phân tử A.
có tác dụng kéo phân tử A về phía chất rắn.

Kết quả là các phân tử ở vùng tiếp giáp của chất rắn và chất lỏng sẽ dịch chuyển về
phía chất rắn, làm cho mặt phân cách của chất lỏng ở chổ tiếp giáp không vuông góc với
thành bình mà trở thành mặt cong, lõm xuống. Đây là trường hợp chất lỏng làm dính ướt vật
rắn, hay còn ñược gọi là hiện tượng dính ướt.
Xét góc ɵ hợp bởi tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và mặt ngoài của chất rắn.

Hình 14: Hình biểu diễn chất lỏng không làm dính ướt vật rắn.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 14


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Khi chất lỏng làm dính ướt vật rắn thì góc
Khi

thì ta nói chất lỏng hoàn toàn làm dính ướt vật rắn.

1.1.1. Hiện tượng không dính ướt.
Nếu

hướng về phía chất lỏng, tượng tư ta cũng phân tích

vuông góc với mặt phân cách của chất lỏng và

gồm hai thành phần:

tiếp tuyến với mặt phân cách của chất


lỏng.
A

Rắn

Lỏng

Hình 15: Hình biễu diễn lực tác dụng lên phân tử A trong hiện tượng không dính ướt.
không có tác dụng làm di chuyển phân tử A.
có tác dụng kéo phân tử A ra xa chổ tiếp giáp về phía chất lỏng.
Kết quả là các phân tử ở vùng tiếp giáp của chất rắn và chất lỏng bị dịch chuyển về
phía chất lỏng, làm cho mặt phân cách của chất lỏng ở chổ tiếp giáp với chất rắn, không
vuông góc với mặt của chất rắn mà trở thành mặt cong lồi lên. Đây là hiện tượng chất lỏng
không làm dính ướt vật rắn hay gọi là hiện tượng không dính ướt.

Hình 16: Hình biểu diễn chất lỏng làm dính ướt vật rắn.
Xét góc θ hợp bởi tiếp tuyến với mặt ngoài của chất lỏng và mặt ngoài của chất rắn.
Trong trường hợp chất lỏng không dính ướt với vật rắn thì góc
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 15


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

1.2. Ứng dụng của hiện tượng dính ướt và không dính ướt.
Hiểu ñược hiện tượng dính ướt và không dính ướt của chất lỏng, người ta ñã ñưa nó
vào ứng dụng trong thực tế cuộc sống. Và một ứng dụng thực tế ñiển hình là lợi dụng hiện
tượng dính ướt là ñể loại bỏ bẩn quặng.

Muốn loại bỏ bẩn quặng người ta nghiền bẩn quặng thành bột rồi ñổ vào nước
có pha dầu rồi khuấy ñều lên. Hỗn hợp hai chất lỏng có chứa những bọt không khí bọc trong
những màng dầu. Những hạt quặng dính ướt vào màng dầu nổi lên mặt nước cùng với bọt
không khí còn lại những hạt bẩn quặng chìm xuống ñáy nước.
Ngoài ra ta còn có thể dùng các hiện tượng này ñể giải thích nhiều hiện tượng lý thú
trong thực tế như: kim khâu dính dầu, khi thả nhẹ vào nước không chìm….

2. Áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng.
Trong hình trụ có kích thước bé, mặt ngoài của chất lỏng dính ướt có dạng lõm,
không dính ướt có dạng lồi. Những mặt này gọi chung là mặt khum của chất lỏng. Các mặt
khum của chất lỏng ñều tác dụng vào chất lỏng một áp suất phụ. Như ta ñã biết mặt ngoài
của chất lỏng có lực gọi là lực căng mặt ngoài. Lực này sẽ tạo thêm một áp suất nén xuống
chất lỏng ở dưới ñối với dạng lồi, và áp suất kéo chất lỏng từ dưới lên ñối với dạng lõm.

Hình 17: Áp suất phụ kéo lên.

Hình 18: Áp suất phụ kéo xuống.

Mặt khum lồi gây áp suất phụ dương, mặt khum lõm gây áp suất phụ âm.
Tính áp suất phụ trong trường hợp mặt ngoài của chất lỏng là mặt lồi và là một phần
của mặt cầu.
Xét mặt khum cầu lồi với diện tích nguyên tố ∆S. Xét ñoạn cong ∆l (ở chu vi diện tích ∆S).

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 16


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng


(1)
Hình 19: Mặt khum cầu lồi.
( là suất căng mặt ngoài).

Ta có lực căng mặt ngoài:
tiếp xúc với mặt lồi, thành phần

của

gây áp suất phụ dương, nén xuống.
(2)

Toàn ñường chu vi của ∆S chịu lực

song song với bán kính chính khúc OC = R.
(3)

(4)

r là bán kính vòng tiếp giáp (lỏng và rắn).
R là bán kính chính khúc mặt khum.
Vậy:
(5)
Áp suất phụ:
(6)
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 17



Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Với

là diện tích mặt phẳng giới hạn trong ñường tròn 2π

Vậy ta có công thức tính áp suất phụ gây bởi mặt khum của chất lỏng.

(7)
Trong trường hợp mặt khum là mặt lõm thì P cũng ñược tính bằng biểu thức như
trong trường hợp mặt khum lồi, nhưng mang giá trị âm.

(8)
Nếu mặt khum có hình dạng bất kỳ thì thay cho công thức trên, ta có công thức:

(9)
Với R1 và R2 là bán kính chính khúc của hai giao tuyến cong, do mặt khum bị cắt bởi
hai mặt phẳng vuông góc tại ñiểm O mà ta xét.
Đối với mặt khum cầu: R1 + R2 = R
Vậy ta có công thức tính áp suất phụ:

3. Hiện tượng mao dẫn.
Ta lấy những ống thủy tinh, hở hai ñầu, có tiết diện trong rất nhỏ. Các ống ñó ñược
nhúng thẳng vào một chậu nước. Theo nguyên tắc bình thông nhau thì mực nước trong ống
phải bằng mực nước ở ngoài. Nhưng ở ñây ta lại thấy mực nước trong ống lại cao hơn mực
nước ở ngoài ống. Tiết diện trong càng nhỏ thì mực nước trong ống càng cao.
Nhưng nếu ñem ống nói trên ñược nhúng vào chậu thủy ngân thì mực thủy ngân
trong ống lại thấp hơn mực thủy ngân ở ngoài ống. Tiết diện ống càng nhỏ thì mực thủy
ngân trong ống càng hạ xuống thấp. Đó chính là hiện tượng liên quan ñến lực căng mặt
ngoài của chất lỏng, hiện tượng này ñược gọi là hiện tượng mao dẫn. Hiện tượng mao dẫn

không chỉ xảy ra ở các ống có có tiết diện trong nhỏ gọi là ống mao dẫn mà còn xảy ra ở

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 18


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

những khe hẹp, vách hẹp, các vật xốp… Vậy hiện tượng mao dẫn ñược ñịnh nghĩa như thế
nào?
Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dâng lên hoặc hạ xuống của mực chất lỏng ở bên
trong các ống có tiết diện trong nhỏ, trong các vách hẹp, khe hẹp, các vật xốp… so với mực
chất lỏng ở ngoài.
Hiện tượng mao dẫn có thể ñược giải thích trên cơ sở sự căng bề mặt, sự dính ướt
hay không dính ướt của chất lỏng.
Ta ñã biết, bề mặt của khối chất lỏng trong ống mao dẫn lõm xuống do chất lỏng
dính ướt thành ống, hay lồi lên do chất lỏng không dính ướt thành ống. Mặt khác, do lực
căng bề mặt, các mặt cong của khối lỏng trong ống mao dẫn có xu hướng trở nên phẳng ñể
thu nhỏ diện tích. Vì vậy các mặt cong gây ra một áp suất phụ hướng về phía lõm của mặt
cong, áp suất phụ này tác dụng lên phần chất lỏng sát ngay dưới mặt ngoài của khối lỏng,
làm di chuyển cột chất lỏng ñể lập lại sự cân bằng áp suất thủy tỉnh trong toàn khối lỏng.
Nếu chất lỏng dính ướt thành ống mao dẫn thì chất lỏng dâng lên trong ống, còn nếu chất
lỏng không dính ướt thành ống thì nó hạ xuống.
3.1. Trường hợp chất lỏng dính ướt vật rắn.
Trong ống mao dẫn, mặt khum là mặt lõm, và với ống có tiết diện tròn thì mặt khum
gần ñúng là một phần của mặt cầu có tâm C và bán kính R.
Thành phần của lực căng mặt ngoài song song với thành ống và tác dụng lên cả
ñường tròn giới hạn mặt khum là:
(10)


Dưới tác dụng của lực

cột chất lỏng sẽ ñược kéo lên cho ñến khi nào lực

bằng với trọng lực p của cột chất lỏng (

cân

). Ta có:

Với ρ là khối lượng riêng của chất lỏng.
Và g là gia tốc trọng trường.

(11)
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 19


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Ta cũng có thể tính ñược kết quả này bằng cách xét các áp suất trong chất lỏng. Biết
rằng áp suất phụ ñối với mặt lõm cầu là:

Khi cột chất lỏng ñứng yên ta có áp suất tĩnh tại ñiểm A là ñiểm nằm trên mặt thoáng
của chất lỏng và ñiểm B là ñiểm nằm trong ống mao dẫn và nằm ngang với ñiểm A bằng
nhau:

Gọi H là áp suất khí quyển, ta có:


Hình 20: Chất lỏng dâng lên trong ống mao dẫn khi xảy ra hiện tượng dính ướt
Gọi r là bán kính ống mao dẫn ta có:
Và R là bán kính của ñường tròn tạo bởi mặt khum.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 20


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

(12)

(13)

Với d = 2r: ñường kính ống.
Như vậy ñộ dâng cao của cột chất lỏng trong ống mao dẫn càng lớn nếu ống mao dẫn
có kích thước càng nhỏ. Với một ống cho trước, ñộ cao của cột chất lỏng càng lớn nếu sức
căng mặt ngoài càng lớn và khối lượng riêng của chất lỏng càng nhỏ.
Đối với chất lỏng hoàn toàn làm dính ướt, khi ñó θ = 0o, ta có cosθ = 1, khi ñó ñộ cao
của cột chất lỏng trong ống mao dẫn ñược tính theo công thức:

3.2. Đối với chất lỏng không làm dính ướt vật rắn.
Mặt ngoài của chất lỏng trong ống là mặt khum lồi. Lực căng mặt ngoài tác dụng lên
ñường tròn giới hạn, mặt khum kéo cột chất lỏng xuống hay nói cách khác, áp suất phụ kéo
cột chất lỏng xuống.
Trong trường hợp này, áp suất trong ống mao dẫn cũng ñược tính theo công thức:

Trong trường hợp chất lỏng không dính ướt vật rắn thì:


Vì vậy h mang giá trị âm. Điều ñó chứng tỏ cột chất lỏng tụt xuống so với mực chất
lỏng ở bên ngoài ống.

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 21


Đề tài: Xác ñịnh hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng

Đối với chất lỏng hoàn toàn không làm dính ướt ống thì

. Khi ñó:

(14)

Hình 21: Chất lỏng hạ xuống trong ống mao dẫn khi không dính ướt
Từ công thức tính ñộ cao của cột chất lỏng trong ống mao dẫn, với cả hai trường hợp
dính ướt và không dính ướt ta có thể tính ñược suất căng mặt ngoài của chất lỏng bằng thực
nghiệm.
3.3. Ứng dụng của hiện tượng mao dẫn.
Hiện tượng mao dẫn có vai trò rất quan trọng trong thực tế. Nhờ có hiện tượng mao
dẫn mà những khi nắng hạn, nước ở dưới sâu trong ñất, ngấm qua kẽ ñất lên cao ñể rễ cây
hút ñược nước, cũng nhờ có hiện tượng mao dẫn mà cây cối ñưa chất dinh dưỡng từ rễ lên
ngọn, ñất trồng giữ ñược ñộ ẩm, nước dưới ñất ngấm lên theo kẽ ñất làm ẩm chân tường
nhà.
Nhớ hiện tượng mao dẫn mà bấc ñèn hút dầu làm ñèn dầu cháy ñược, giấy thấm hút
mực, mực ngấm theo rãnh ngồi bút…

VI. Sai số.

1. Khái niệm sai số.
Mỗi ñại lượng vật lý ñều có giá trị thực là x0, nhưng khi tiến hành ño thì kết quả ño
ñược lại có giá trị là x, ít nhiều khác với giá trị thực x0 của ñại lượng ñó. Nếu ño nhiều lần
thì ta sẽ thu ñược nhiều giá trị x1, x2, x3… Đó chính là sai số trong phép ño.
Mỗi phép ño ñều có một ñộ chính xác nào ñó và nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Phương pháp ño, ñộ chính xác của máy ño, các biến ñổi của ñại lượng trong quá trình ño…
Như vậy không thể có một phép ño hoàn toàn ñúng.
Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Bích Thuận

Trang 22