液体的表面张力

2024-03-11 09:10:35

表面张力,从字面上理解就是作用于表面的张力,这样理解也是正确的,但是呢,比较表面。


如果将我们的认识只停留在这个层面,那么这样就容易流于浅薄。


下面我们一步一步的从表面深入到内部来理解表面张力的这个科学技术概念。




液体总有一种趋势,趋向于成为球状,如水银球和荷叶上的水珠那样。


体积一定的几何形体中,球体的表面积最小,一定量的液体由其他形状变为球形时伴随着表面积的缩小,所以液体表面有自动收缩的趋势


所以才有“液滴”这个词汇,还没有“气滴”、“固滴”这样的词汇。


所有的词汇一定有背后的道理,而且还不止一层。


把液体做成液膜,为保持表面平衡,就需要有一适当的与液面相切的力 f 作用于宽度为 l 的液膜上,平衡时必有一个与 f 大小相等方向相反的力存在,如下图所示,这就是表面张力,单位为 N/m。

图片

它被表达为

垂直通过液体表面上任一单位长度与液面相切的收缩表面的力


因为它的单位为 N/m,所以我们理解它的名字叫表面张力,从这个名字上,我们可以理解它的很多用途,比如上面提到的收缩力。这个理解是最通用的,所以我们不再赘述。


2


表面张力也可以看作是表面自由能,膜收缩时可以做功,产生新表面时需要能量,就是说有自由能,这时表面张力的单位也可以写成 J/m2,它等于产生新表面每单位面积所需之功。


表面张力的这个意义更具本质性,更接近我们涂料人的价值,我们涂料人就是在使用能量产生新的表面。


有时从这个角度来理解表面张力,对解决某些问题是更方便的。


3


下面我来讲表面张力的第3个层面的意义,这个可能更深刻。


我们都知道,表面张力是由于液体表面的分子,受到的力不平衡而产生的。那么为什么有的液体表面张力很小,而有的液体表面张力很大呢?


上面这个问题,其实我们都知道,是因为分子的结构,分子的极性造成的。当表面张力很高时,那么形成新的表面需要的能量也多,那么反过来我们理解,如果这个形成了表面的液体再重新形成液体时,那么它的内聚能也比较大。


上边的这个意思总结成一句话就是说表面张力和液体的内聚功成正比。内聚功,反映液体自身结合的牢固度,是液体分子间相互作用力大小的表征。


上面这个例子我们可以理解,比如说,水表面张力比乙醇高很多,所以水的内聚功是很大的。


在下面这个例子中,沾水之后的两片玻璃,如果用乙醇代替了玻璃中间的水,那么由于乙醇的表面张力小,也就是乙醇的内聚功小,这个整体结构的紧密程度就大大的降低了。

图片



上一篇 下一篇

扬州市立达树脂有限公司 版权所有(C) 2015 技术支持:扬州宏瑞科技 备案序号:苏ICP备14030910号-1