手機版|
二維碼|
一個物體，提不變的情況下，呈球形的形狀能讓表面積最小。而作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。表面張力產生的原因是：液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。
1、毛細管現象
直徑很小兩端開口的細管豎直插入液體中，由于表面張力的作用，管中的面會發(fā)生上升或下降的現象，稱為毛細管現象。細管中的液面有時會上升，有時會下降，可以從液體分子和件壁分子間相互不同的作用加以說明。把液體分子間的吸引力稱為內聚力，液體分子和固體壁面分子之間的吸引力稱為附著力。
當玻璃細管插入水中時，由子水的內聚力小于水同玻璃間的附著力，水將玻璃濕潤，并沿著壁面向上延伸，使液面向上彎曲成為凹面，再由于表。面張力作用，使液面有所上升，直到上升的水柱重量和表面張力的垂直分量相平衡為止。
當玻璃細管插入水銀中時，由于水銀的內聚力遠大于水銀與玻璃的附著力，其結果與上述情況相反，水銀表面向下彎曲形成凸面，而且表面張力作用使液面下降了一段距離。毛細管中液面上升或下降的高度可以根據表面張力的大小來確定。
2、球形液滴
玻璃板上的水銀滴基本上呈球形，這是因為水銀滴外表面薄層內所有的分子都處在高勢能狀態(tài)。計算表明，如使分子總勢能為極小，則表面必定呈圓球形。如果設法消除重力的影響，例如把液滴放在比重相同又與液滴不起化學反應的另一種液體中，或在真空中自由下落，或在失重的人造衛(wèi)星與火箭的環(huán)境中，則液滴將呈現理想的球形。球面形的肥皂泡，荷葉上的球形露珠（題圖），也可以用相同的道理來解釋。
3、肥皂泡
始終狀態(tài)下也是球形的，這正是由于泡泡表面張力作用,各方向力相等就是肥皂水包住了一部分空氣,吹泡泡的時候，吹出的氣體小分子是隨便跑的，就是說每個地方都有同樣多的小分子想去，大家就像拔河一樣，就變成了一個球面，跟吹氣球是一樣的。如果你用針戳一下泡泡,就像氣球一樣,泡泡破出個洞,里面的氣體跑到外面,泡泡就破了。
但是,泡泡和氣球有一個本質的不同.氣球是橡膠做的,放在手里抻一抻,是有彈性的,所以當你向氣球里吹氣的時候,氣球會在一定范圍內一點點的被撐大,但因為有彈性不會破掉。
4、漣波
漣波也叫液體表面自由波，是液體自由表面上此起彼伏的波浪運動。液體自由表面是指江河、湖泊、海洋以及開口容器中的液體等接觸大氣的液面。液體自由表面波和其他機械運動波一樣，是質點振動在介質中的傳播。靜止的液體自由表面是水平的，但在極輕微的局部擾動下，水平狀態(tài)就會被破壞，出現波浪運動。
液體自由表面一離開平衡狀態(tài)，液體的重力和表面張力等就會發(fā)揮回復力的作用，促其返回平衡位置，從而形成液體質點的振動和振動的傳播（即波）。起回復力作用的液體的重力和表面張力在液體自由表面波動中所起的作用往往不是同等的。液體的表面張力又稱毛細力，其大小取決于液體及其表面的曲率。如果自由表面波的波長比波高大得多，在波動過程中自由表面的曲率便很小，因而表面張力也很小。在這種情況下，可以忽略表面張力的影響，只考慮重力的作用，這種液體自由表面波稱為重力波。反之，若波長極短，波動過程中自由表面的曲率很大，因而表面張力也很大。
表面張力系數σ是在溫度T和壓力p不變的情況下吉布斯自由能G對面積S的偏導數：其中，吉布斯自由能的單位是能量單位，因此表面張力系數的單位是能量/面積。即液體表面相鄰兩部分之間，單位長度內互相牽引的力。如液面被長度為L的直線分成兩部分，這兩部分之間的相互拉力F是垂直于直線L，并與表面相切。比例系數σ就是液體的表面張力系數，它表示液體表面相鄰兩部分間單位長度的相互牽引力。
表面張力系數單位是N/m。
如果液體表面積增大ΔS，液體表面自由能增加ΔE，則表面張力系數σ等于增加單位表面積時，外力所需作的功，也可用下式表示σ=ΔE/ΔS。這說明，表面張力系數σ在數值上等于增加單位表面積時所增加的表面能，在等溫條件下能轉變?yōu)闄C械能的表面內能部分，在熱力學中稱為表面自由能。從能的角度看，表面張力系數σ就是增加單位表面時所增加的表面自由能。液體表面張力系數的性質表現為：
1.液體不同表面張力系數不同。例如，密度小的，容易蒸發(fā)的液體表面張力系數小，如液氫和液氦；已熔化的金屬表面張力系數則很大；
2.表面張力系數隨溫度的升高而減小，近似地為一線性關系；
3.表面張力系數的大小還與相鄰物質的化學性質有關；
4.表面張力系數還與雜質有關，加入雜質可促使液體表面張力系數增大或減小。一般說來醇、酸、醛、酮等有機物質大都是表面活性物質，比水的表面張力系數小得多。例如，在鋼液結晶時，加入少量的硼，就是為了促使液態(tài)金屬加快結晶的速度。
毛細現象中液體上升、下降高度。h的正負表示上升或下降。
浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。
上升高度h=2*表面張力系數*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r）。
液體表面張力的測定方法分靜力學法和動力學法。靜力學法有毛細管上升法、du Noüy 環(huán)法、Wilhelmy 盤法、旋滴法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法;動力學法有震蕩射流法、毛細管波法。其中毛細管上升法和最大氣泡壓力法不能用來測液- 液界面張力。Wilhelmy 盤法, 最大氣泡壓力法, 震蕩射流法, 毛細管波法可以用來測定動態(tài)表面張力。由于動力學法本身較復雜, 測試精度不高, 而先前的數據采集與處理手段都不夠先進, 致使此類測定方法成功應用的實例很少。因此, 迄今為止, 實際生產中多采用靜力學測定方法。
1、毛細管上升法
測定原理：
將一支毛細管插入液體中, 液體將沿毛細管上升, 升到一定高度后, 毛細管內外液體將達到平衡狀態(tài), 液體就不再上升了。此時, 液面對液體所施加的向上的拉力與液體向下的力相等。則表面張力 ：γ=ρghr/(2cosθ)
式中γ為表面張力, r 為毛細管的半徑, h 為毛細管中液面上升的高度, ρ為測量液體的密度, g 為當地的重力加速度, θ為液體與管壁的接觸角。
2、最大氣泡壓力法
若在密度為ρ的液體中, 插入一個半徑為r的毛細管, 深度為t, 經毛細管吹入一極小的氣泡, 其半徑恰好與毛細管半徑相等。此刻, 氣泡內壓力最大。根據拉普拉斯公式, 氣泡最大壓力為：
