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物理化学
1.14.2.2 二、附加压力Δp与曲率半径r的关系—Laplace方程(Relation Between Addit...
二、附加压力Δp与曲率半径r的关系—Laplace方程(Relation Between Additional pressure and Curvature Radius Laplace Equation)

若在玻璃管两端,吹两个半径不同的肥皂泡A和B, A大B小,中间为两通活塞。打开活塞使两气泡相通,则会发现大气泡A变得更大,而小气泡B收缩得更小,如图10—4所示。这是因为小气泡曲率半径小,其相应的气压反而比大气泡中的气压大,也就是附加压力较大的缘故,使得气体由小泡流向大泡,小泡收缩而大泡涨大。

图10—4 曲率大小对附加压力的影响

图10—5 附加压力与曲率半径的关系

将dA及dV的表达式代入(10—19)式,得:

此式称为Laplace方程,它表明:曲率半径r愈小,附加压力愈大。

如果不是液滴而是液膜(如肥皂泡),因为它有内、外两个表面,而这两个液面的曲率半径又近似相等,于是其附加压力为:

在实际工作中,如炼钢脱碳过程中要产生CO并以气泡形式逸出。此时若要在液面下深度为h处形成一个稳定存在的气泡(如图10—6所示),则气泡内压力必须满足下列条件:

图10—6 液面下气泡形成的条件

解:由式(10—23),可得:

由此可见,产生微小气泡的主要内压力来自附加压力。这样大的压力(相当于712atm)在钢水的气泡中是难于实现的,故纯净钢液中实际上不可能产生气泡。