液体的表面张力VIP专享VIP免费

A B C D 外F 图3-4-1 §3．4 液体的表面张力 3．4．1、表面张力和表面张力系数 液体下厚度为分子作用半径的一层液体，叫做液体的表面层。表面层内的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用，由于这两个作用力的不同，使液体表面层的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子的平均间距较大，所以表面层内液体分子的作用力主要表现为引力，正是分子间的这种引力作用，使表面层具有收缩的趋势。 液体表面的各部分相互吸引的力称为表面张力，表面张力的方向与液面相切，作用在任何一部分液面上的表面张力总是与这部分液面的分界线垂直。 表面张力的大小与所研究液面和其他部分的分界线长度 L成正比，因此可写成 Lf 式中 称为表面张力系数，在国际单位制中，其单位是N/m，表面张力系数 的数值与液体的种类和温度有关。 3．4．2 表面能 我们再从能量角度研究张力现象，由于液面有自动收 缩的趋势，所以增大液体表面积需要克服表面张力做功，由图3-4-1可以看出，设想使 AB边向右移动距离△x，则此过程中外界克服表面张力所做的功为 SxABxfxFW 22外 式中△S表示AB边移动△x时液膜的两个表面所增加的总面积。若去掉外力，AB边会向左运动，消耗表面自由能而转化为机械能，所以表面自由能相当于势能，凡势能都有减小的趋势，而SE，所以液体表面具有收缩的趋势，例如体积相同的物体以球体的表面积最小，所以若无其他作用力的影响，液滴等均应为球体。 例 将端点相连的三根细线掷在水面上，如图3-4-2所示，其中1、2线各长 1.5cm，3线长 1cm，若在图中A点滴下某种杂质，使表面张力系数减小到原来的0.4，求每根线的张力。然后又把该杂质滴在B点，求每根线的张力：已知水的面表张力系数α =0.07N/m。 A滴入杂质后，形成图3-4-3形状，取圆心角为θ 的一小段圆弧，该线段在线两侧张力和表面张力共同作用下平衡，则有1)4.0(2sinRaaaT，式中cmR25.2,22sin1 代入后得0,1067.11432TNTTT。 B中也滴入杂质后，线3松弛即03 T，形成圆产半径232 Rcm，仿上面解法得NaRTT42211026.0。 3．4．3、表面张力产生的附加压强 表面张力的存在，造成弯曲液面的内、外的压强差，称为附加压强，其中最简单的就是球形液面的附加压强，如图3-4-4所示，在半径为R的球形液滴上任取一球冠小液块来分析(小液块与空气的分界面的面积是 S...