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液體的表面張力

2024-03-11 09:10:35

表面張力,從字面上理解就是作用于表面的張力,這樣理解也是正確的,但是呢,比較表面。


如果將我們的認(rèn)識只停留在這個層面,那么這樣就容易流于淺薄。


下面我們一步一步的從表面深入到內(nèi)部來理解表面張力的這個科學(xué)技術(shù)概念。




液體總有一種趨勢,趨向于成為球狀,如水銀球和荷葉上的水珠那樣。


體積一定的幾何形體中,球體的表面積最小,一定量的液體由其他形狀變?yōu)榍蛐螘r伴隨著表面積的縮小,所以液體表面有自動收縮的趨勢。


所以才有“液滴”這個詞匯,還沒有“氣滴”、“固滴”這樣的詞匯。


所有的詞匯一定有背后的道理,而且還不止一層。


把液體做成液膜,為保持表面平衡,就需要有一適當(dāng)?shù)呐c液面相切的力 f 作用于寬度為 l 的液膜上,平衡時必有一個與 f 大小相等方向相反的力存在,如下圖所示,這就是表面張力,單位為 N/m。

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它被表達(dá)為

垂直通過液體表面上任一單位長度與液面相切的收縮表面的力


因為它的單位為 N/m,所以我們理解它的名字叫表面張力,從這個名字上,我們可以理解它的很多用途,比如上面提到的收縮力。這個理解是最通用的,所以我們不再贅述。


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表面張力也可以看作是表面自由能,膜收縮時可以做功,產(chǎn)生新表面時需要能量,就是說有自由能,這時表面張力的單位也可以寫成 J/m2,它等于產(chǎn)生新表面每單位面積所需之功。


表面張力的這個意義更具本質(zhì)性,更接近我們涂料人的價值,我們涂料人就是在使用能量產(chǎn)生新的表面。


有時從這個角度來理解表面張力,對解決某些問題是更方便的。


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下面我來講表面張力的第3個層面的意義,這個可能更深刻。


我們都知道,表面張力是由于液體表面的分子,受到的力不平衡而產(chǎn)生的。那么為什么有的液體表面張力很小,而有的液體表面張力很大呢?


上面這個問題,其實我們都知道,是因為分子的結(jié)構(gòu),分子的極性造成的。當(dāng)表面張力很高時,那么形成新的表面需要的能量也多,那么反過來我們理解,如果這個形成了表面的液體再重新形成液體時,那么它的內(nèi)聚能也比較大。


上邊的這個意思總結(jié)成一句話就是說表面張力和液體的內(nèi)聚功成正比。內(nèi)聚功,反映液體自身結(jié)合的牢固度,是液體分子間相互作用力大小的表征。


上面這個例子我們可以理解,比如說,水表面張力比乙醇高很多,所以水的內(nèi)聚功是很大的。


在下面這個例子中,沾水之后的兩片玻璃,如果用乙醇代替了玻璃中間的水,那么由于乙醇的表面張力小,也就是乙醇的內(nèi)聚功小,這個整體結(jié)構(gòu)的緊密程度就大大的降低了。

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