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第3章 液体的表面性质3.1 内容提要（一）基本概念1. 表面张力：液体的表面犹如张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势，即液体表面存在着张力，称为表面张力。
它是液体表面层内分子力作用的结果。
2.表面张力系数：用于反映液体表面性质的物理量，三种定义如下：（1）表面张力系数表示在单位长度直线两旁液面的相互拉力。
由L f α=得 Lf =α （3.1） 在国际单位制中，α的单位用N ·m -1表示。
（2）表面张力系数α等于增加单位表面积时，外力所做的功。
由△A=α·△S 得SA ∆∆=α （3.2） （3）表面张力系数α在数值等于增大液体单位表面积所增加的表面能,由△E ＝△A ＝α△S 得 SE ∆∆=α （3.3） 严格说来，表面能是在温度不变的条件下可转变为机械能的那部分表面能。
3.影响表面张力系数的几个因素(1) 不同液体的表面张力系数不同，它与液体的成分有关，取决于液体分子的性质。
(2) 同一种液体的表面张力系数与温度有关。
温度越高，α就越小。
(3) 液体表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关。
(4) 液体表面张力系数还与液体中的杂质有关。
加入杂质能显著改变液体的表面张力系数。
4.表面张力的微观本质微观理论认为，液体的表面张力是由于液体表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。
所谓液体的表面层是指位于液体表面处，与表面平行、厚度等于液体分子有效作用半径(一般不超过6×10-7cm)的那层液体。
从能量的角度出发，分子处于液体表面层时，分子的相互作用热能要比处于液体内部的分子的相互作用热能大，而且越靠近液面，分子的相互作用热能就越大。
而液体处于稳定平衡时，分子的相互作用热能最小，因此，液体表面层中的分子都有挤进液体内部的趋势，结果液体的表面就会尽量地收缩。
从力的观点来看，就是在液体表面内存在一种使其收缩的力，这种力就称为表面张力。
所谓表面张力，无论从力或是从能量的角度来解释，都是表面层内分子相互作用的不对称性所引起的。
流体力学课程报告课题名称: 生活中的表面张力现象学生姓名：张XX学号：2010XXXXXX班级：XXXXXXXX专业：工程力学时间：2013年6月20日生活中的表面张力现象一、表面张力的定义表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，在该力的作用下液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积达到能量最低的状态，像是一层弹性的薄膜。
表面张力产生于流体与其他物质界面处，其量纲是单位长度的力和单位面积的能。
二、表面张力产生的原因1、分子力学角度的解释液体的内聚力是形成表面张力的原因。
在液体内部，每个分子都在每个方向都受到邻近分子的吸引力（也包括排斥力）。
因此，液体内部分子受到的分子力合力为零。
然而，在液体与气体的分界面上的液体分子在各个方向受到的引力是不均衡的（如图2-1），造成表面层中的分子受到指向液体内部的吸引力，并且有一些分子被“拉”到液体内部。
因此，液体会有缩小液面面积的趋势，在宏观上的表现即为表面张力现象。
图2-1 界面及内部液体分子受力示意图2、分子势能角度的解释液体内部分子周围有大量分子，因此，内部分子的分子势能较低。
然而，表面层中的分子周围的分子明显小于液体内部分子的，所以，表面层的分子有较高的分子势能。
为了达到低能量的稳定状态，表面层中的分子有向液体内部移动的趋势，从而导致表面层中的分子数量减少，宏观表现为液体表面积减小。
如图2-2所示。
图2-2 液体界面内外分子势能示意图三、生活中的表面张力现象1、肥皂膜中的表面张力——液面收缩性如图3-1所示，将一中间系有软质棉线的铁圈在肥皂液中浸泡，在整个铁圈表面会形成一张液膜，刺破棉线左侧处液膜，在液体表面张力作用下，棉线将向另一侧拉紧；若刺破另一侧液膜，棉线将向反方向拉紧。
图3-1 肥皂膜张紧单线现象如图3-2所示，刺破棉线圈中的液膜，整个棉线圈将向四周被拉紧。
图3-3肥皂膜张紧棉圈现象如图3-4所示，将用细铁丝做的U型框架的两导轨上安置一横向铁丝，铁丝能在导轨上自由运动而不脱落。
表面张力的物理原理表面张力是一种特殊现象，它是液体分子间的相互作用力导致液体表面处于紧绷状态的结果。
本文将探讨表面张力的物理原理及其相关应用。
一、表面张力的概念表面张力是指液体表面处的分子受到的向内的引力，它使得液体表面呈现出一定的膜状结构，类似于一层薄膜。
表面张力是液体分子间相互作用力的结果，主要包括三种类型：分子间吸引力、分子间斥力和分子间电荷引力。
液体内部的分子间相互作用力是各向同性的，然而液体表面上的分子处在不完整的相互作用力场中，所以会出现相对较强的表面张力。
二、表面张力的原理表面张力是由于分子间力的不平衡所导致的。
对于位于液体内部的分子而言，由于与周围分子存在相互吸引的力，所以它们会受到均衡的力，使得液体内部是平衡的。
然而，位于液体表面的分子由于周围分子的减少，无法形成完整的各向同性相互作用力场，因此会受到来自液体内部的引力。
同样道理，表面上的液体分子对外部的分子也会存在一定的相互作用力，这是由于液体内部的分子施加在表面上的引力和外部分子施加在表面上的压力相抵消所导致的。
三、表面张力的性质1. 使液体表面呈现弹性形态表面张力使得液体表面呈现出类似弹性膜的形态。
当液体表面受到外部的力时，表面张力会通过液体分子的重排来恢复初始状态。
这种性质对于一些生物现象，如昆虫在水面行走、水珠在叶片上的保持等都起着重要作用。
2. 形成液滴由于表面张力的作用，液体在自由状态下会形成球状液滴。
这是因为球状液滴对于单位面积的表面积来说，具有最小的体积。
同时，在液体与其他物体接触的情况下，液滴也能够保持一定的形状和稳定性。
四、表面张力的应用1. 液体的涂布和浸润表面张力可以影响液体在固体表面的涂布和浸润行为。
对于不易润湿的固体表面，液体的接触角较大，液体无法充分润湿固体表面。
而在易润湿的固体表面，液体的接触角较小，液体能够充分润湿固体表面。
2. 水的上升和下降在细小的毛细管或细管道内，由于表面张力的作用，液体能够在内部产生一定的上升或下降效应。
