表面张力 附加压强 毛细现象

物态变化解析物质的表面张力与毛细现象物质的表面张力与毛细现象是关于物态变化的重要探讨话题。

本文将从物质的属性、表面张力的定义与实验方法、液体的毛细现象等方面进行分析。

1. 物质的属性物质是由分子或离子组成的，它们之间的相互作用力决定了物质的性质。

在气体状态下，分子之间很少相互作用，而在液体和固体状态下，由于分子之间的引力和斥力，物质会显示出不同的性质。

2. 表面张力的定义与实验方法表面张力是液体表面上的分子间作用力所造成的现象。

它是由于分子间吸引力导致表面上的分子受到垂直入射的力，从而使得表面呈现出拉紧状态。

实验上，可以使用浸水法或者测量液体滴在固体表面的形态变化来确定表面张力的大小。

3. 液体的毛细现象毛细现象是液体在细小管道或毛细管中产生的现象。

当管道的直径小于液体的容积平衡时，液体会因为与管道壁的表面张力而上升或下降，形成毛细现象。

这个过程受到重力、表面张力及管道尺寸等因素的影响。

4. 表面张力与物质的相变表面张力是物质在相变过程中一个重要的因素。

例如，在液体与气体的相变中，当液体的表面张力大于气体与液体界面的表面张力时，液体会形成一个凸起的球状形态，使得液体呈现出滴状。

相反，当液体的表面张力小于气体与液体界面的表面张力时，液体会扩散开来，呈现出薄薄的液膜状。

5. 表面张力的应用表面张力广泛应用于液体的浮力、沉降速率、泡沫稳定性等方面。

举例来说，由于表面张力的存在，水滴在湿润的表面上能形成一个凸起的球形，这使得水滴在叶片上能够较轻易滑落，避免水分的滞留而导致植物病害的发生。

总结：物质的表面张力与毛细现象是物态变化中重要的现象。

液体的分子间作用力决定了表面张力的大小，而毛细现象则是液体在细小管道中表现出来的特性。

表面张力在相变过程中也起到重要的作用，并且广泛应用于浮力、沉降速率以及生活中的一些实际问题。

理解和掌握这些概念对于物质的性质研究和应用有着重要的意义。

HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY物理实验报告实验题目：毛细管升高法测液体的表面张力系数*名：***物理实验教学中心实验报告一、实验题目：用毛细管升高法测液体的表面张力系数二、实验目的：1.了解用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法；2.学习用读数显微镜测微小长度。

三、实验仪器：JCD3型读数显微镜、容器台、支架(插毛细管用)、温度计、烧杯、玻璃毛细管等。

图1 读数显微镜四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）：1.弯曲液面的附加压强液体的表面张力实质是分子间相互作用力的宏观表现。

由于液面上方的气相层内的分子数很少，液体表面层内的分子受到向上的引力比向下的引力小，产生一个垂直于液面并指向液体内部的合力，即表面分子有从液面挤入液体内部的倾向，使液面具有尽量收缩的趋势。

由于表面张力的存在，液面内和液面外有一压强差，称为附加压强。

理论上可以证明，半径为R的球形液面下的附加压强为：p=2α/R，α为表面张力系数。

由此可见，表面张力系数越大，附加压强p也就越大。

如果凸液面，附加压强是正的，液面内部的压强大于液面外部的压强；如果是凹液面，则液体内部压强小于液体外部压强，附加压强是负的，即p=-2α/R。

2.液面与固体接触处的表面现象润湿现象：液滴沿固体表面向外扩展，附着在固体表面上形成薄层；不润湿现象：液滴在固体表面总是近似呈球形的，能在固体表面滚动而不附着在上面；润湿和不润湿现象就是液体和固体接触处的表面现象，润湿和不润湿决定于液体和固体的性质。

在液体与固体接触处，作液体表面的切线与固体表面的切线，这两切线通过液体内部所成的角度θ称为接触角。

θ为锐角时，液体润湿固体；θ=0时，液体将展延在全部固体表面上，这时液体完全润湿固体；θ为钝角时，液体不润湿固体；θ=π时，液体完全不润湿固体。

图2 液面与固体接触处的表面现象3.毛细现象将极细的玻璃管插入水中时，可以看到管子里的水面会升高，而且管的内径越小，水面升得越高。

第五章包气带水的运动将玻璃毛细管插入水中，毛细管内的水面上升即会上升到至一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛细现象（图5-1）。

图5—1 毛细现象与附加表面压强（a—凹形的液面产生负的表面压强；b—凸形的液面产生正的表面压强）一、毛细力f毛细现象的产生与表面张力有关。

表面张力：设想在液面上划一根长度为的线段，此线段两边的液面，以一定的力相互吸引，力的作用方向平行于液面而与此线段垂直，大小与线段长度成正比，即为表面张力，力的大小表示为：式中：称为表面张力系数，单位为dyn/cm。

（1dyn=1×N）二、附加表面压强Pc附加表面压强：在表面张力的作用，液面呈弯曲状，弯曲的液面将对液面以内的液体产生附加表面压强，附加表面压强的作用方向总是指向液体表面的曲率中心方向：凹进的弯液面；对液体附加一个负的表面压强（图5—2a）。

凸起的弯液面，对液体附加一个正的表面压强（图5—2b）。

附加表面压强的大小：（1）半圆球形液面：设想切取一个半径为R的半圆球形液面（图5—3）。

在此液面的圆周状边线上都存在着指向液层内部的表面张力；表面张力合力f为，作用于垂直于面积为的投影圆面。

表面张力所引起的附加表面压强为：（5—1）图5—2 半圆球状凹形弯液面产生负的附加表面压强图5—3 附加表面压强的形成（2）任何形状的弯液面：任何形状的弯液面所产生的附加表面压强都可以用拉普拉斯公式表示：（5—2）式中：—表面张力系数；，—液体表面的两个主要曲率半径。

当液面为凸形时，附加表面压强是正的。

此时，实际表面压强。

如液面为凹形时，附加表面压强是负的，故实际表面压强。

平的液面不产生附加表面压强，故实际表面压强。

（参见图5—1）。

当时，，与（5—1）式完全相同，可见（5—1）式乃是拉普拉斯公式的特殊形式。

（3）实际表面压强P：在弯形液面下的作用下，液体实际承受到的表面压强（以下简称“实际表面压强”）应该等于液面大气压强P0与附加表面压强Pc，即：式中：为大气压强。

毛细作用，是液体表面对固体表面的吸引力。

毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。

毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。

在洁净的玻璃板上放一滴水银，它能够滚来滚去而不附着在玻璃板上。

把一块洁净的玻璃板浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银。

这种液体不附着在固体表面上的现象叫做不浸润。

对玻璃来说，水银是不浸润液体。

目录1现象2浸润液体3附加压强4上升高度5公式6推导7生物现象8实验1现象液体表面类似张紧的橡皮膜，如果液面是弯曲的，它就有变平的趋势.因此凹液面对下面的液体施以拉力，凸液面对下面的液体施以压力。

浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡.同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象.毛细现象图片锦集(12张)在自然界和日常生活中有许多毛细现象的例子。

植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管，它能把土壤里的水分吸上来。

砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水都是常见的毛细现象。

在这些物体中有许多细小的孔道，起着毛细管的作用。

有些情况下毛细现象是有害的。

例如，建筑房屋的时候，在砸实的地基中毛细管又多又细，它们会把土壤中的水分引上来，使得室内潮湿。

建房时在地基上面铺油毡，就是为了防止毛细现象造成的潮湿。

水沿毛细管上升的现象，对农业生产的影响很大。

土壤里有很多毛细管，地下的水分经常沿着这些毛细管上升到地面上来。

如果要保存地下的水分，就应当锄松地面的土壤，破坏土壤表层的毛细管，以减少水分的蒸发。

2浸润液体在洁净的玻璃上放一滴水，它会附着在玻璃板上形成薄层。

把一块洁净的玻璃片浸入水中再取出来，玻璃的表面会沾上一层水。

这种液体附着在固体表面上的现象叫做浸润。

对玻璃来说毛细现象实验，水是浸润液体。

同一种液体，对一种固体来说是浸润的，对另一种固体来说可能是不浸润的。

液体表面张力系数三种测量方法的比较研究摘要：表面张力是表征液体表面特性的重要物理量，在大学物理实验中我们已经做过用拉脱法测量液体的表面张力系数的实验，本文对改进后的拉脱法，毛细管上升法和U 型管法进行深入的研究，以及对这三种方法的测定原理、优缺点进行比较探讨。

关键词：表面张力；表面张力系数；毛细管上升法；U 型管法；拉脱法1.引言生活中，我们常常能看到这样一些现象：蚊子能够站在水面上，剃须刀、 针可以浮在水面上，荷叶上的小水滴、清晨草叶上的露珠都近似呈圆球状。

这些现象我们都司空见惯，但细细一想就很值得探究，而其实这些现象都和表面张力有关。

许多事例告诉我们，液体表面具有收缩到最小的趋势，促使液体表面收缩的力，就叫做表面张力。

就比如我们用肥皂水吹泡泡时，不管用什么形状的吹出来都是球形的，而我们知道，同一体积下球形的面积是最小的。

表面张力是表征液体特性的一个重要的物理参量，它不仅和我们日常生活经验息息相关，还涉及到农业、化学和医学领域。

2.液体表面张力的应用2.1弯曲液面的附加压强静止液体在靠近器壁处的液面呈弯曲液面，在内径很小的容器里，液面则呈弯月面。

当液面是弯曲液面时，因为有表面张力的存在，它所产生的作用于液体单位面积上的附加压力，我们把它叫做附加压强[2]。

在静止的液体表面上，选一个面积为S 的圆面作为研究对象，内p 和外p 表示液面内外的压强，s p 为附加压强。

如果液面是水平面，沿周界的表面张力合为零，则外内p p =，即0-==外内p p p s 。

对于液面是凹的弯曲面，表面张力所产生的附加压强指向弯曲液面的球心所在那一边，则s p p p -=外内。

与水平液面相比较，凹液面下的液体多受到一个负的附加压强作用，即外内p p <。

对于液面是凸的弯曲面，表面张力所产生的附加压强也是指向弯曲液面的球心所在那一边，则s p p p +=外内。

与水平液面相比较，凸液面下的液体多受到一个正的附加压强作用，即外内p p >。

毛细现象原理
在自然界中，毛细现象是一种令人着迷的现象，它发生在细小的管道或孔道中，涉及到液体在这些微小空间中的行为和特性。

这一现象的原理深奥且神奇，让科学家们不断进行探究和研究。

毛细现象的基本概念
毛细现象是指当液体处于微小管道或孔道内时，由于表面张力和粘性相互作用，导致液体在这些微小空间中表现出的特殊行为。

当管道或孔道的直径足够小时，液体会呈现出一种“上升”的现象，即从较窄的一端自发地向较宽的一端移动。

这一现
象被称为毛细上升现象。

毛细现象的原理
毛细现象的原理可以通过表面张力和静水压来解释。

表面张力是液体分子之间
相互作用引起的，它使得液体表面趋向于收缩，同时也使得液体在微小管道中产生上升的力。

当液体进入微小管道后，管道壁会对液体产生一定的作用力，这种作用力可用静水压来描述。

静水压随着管道直径的变化而变化，当管道直径变小时，静水压减小，而表面张力并没有改变，这就导致了毛细上升现象的发生。

毛细现象的应用
毛细现象不仅仅是一种科学现象，它还具有许多实际应用价值。

在生物学领域，毛细现象在植物的根系吸收水分和养分过程中起着重要作用。

在工程领域，毛细现象被广泛运用在微流体控制、纳米技术等领域。

此外，毛细现象还可以用于制备纳米材料、微型传感器等领域。

总而言之，毛细现象是一种非常有趣且复杂的现象，它的原理深奥且值得我们
继续研究和探索。

通过对毛细现象的深入理解和应用，我们可以在科学、工程和生物学等领域取得更多的重要进展。

神奇的表面张力和毛细现象赵理阳作者简介：赵理阳，男，14岁，四川师范大学附属实验学校初2013级7班。

摘要：表面张力及其引发的毛细现象在日常生活和生产中都有着广泛的应用。

本文列举了生活中有关表面张力和毛细现象的一些有趣实例，并予以解释分析，得出了这类现象的一般性结论。

关键词：表面张力；毛细现象生活中有很多有趣的东西值得我们去思考和探索，下面就是我们常见的一些感觉很神奇的现象：1）夏天的清晨，圆滚滚的露珠在荷叶上滚动，晶莹剔透。

荷叶上的水珠，较小的几乎呈现球形，较大的则由于重力中用呈现橄榄球状。

2）有些小昆虫“轻功”极好，可以做到“水上飘”，在池塘水面上行走自如。

3）家里用的不粘锅锅底跟荷叶一样，是怎么做到不粘水的呢？4）常言说“水往低处流”，植物的根茎和树干里面却是“水往高处走”，是什么力量把地下的水分输送到远离底面数十米高的树冠呢？实际上，这些都是液体的表面张力和毛细现象所引发的。

1. 什么是表面张力液体（如水、油等）具有一种使表面收缩的力量，它可以使整个表面处于紧绷的状态，这种力量叫做“表面张力”，荷叶上的水呈现球状，水龙头滴下的水滴呈现圆形，都是表面张力作用的结果。

表面张力是一种物理效应，水与空气相接触时，会形成一个表面层。

在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力，它能够使水的液面自动收缩。

处于水体表面层中的水分子比水体内部水分子稀疏，由于表面张力的作用，使得水体表层犹如一张绷紧的薄膜，有收缩趋势，从而使得水体尽可能地缩小它的表面面积。

球形是一定体积下表面积最小的几何形体，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形。

树叶、荷叶上的的小水珠和焊接金属时熔化后的小滴焊锡是呈现球形的，这就是表面张力的作用。

由于表面张力，密度比水大的缝衣针和实心铝制硬币都可以漂浮在水面；密度比水大的水蜘蛛等能在水面上健步如飞。

杯子中的水，能高于杯口的平面呈球面，这也是因为表面张力。

2.浸润与不浸润分子物理学告诉我们，液体分子的内聚力作用在液体表面形成表面张力。