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第十三章 界面现象§13.1 表面张力及表面吉布斯自由能一、表面张力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着一种张力，它垂直与表面的边界，指向液体方向并与表面相切。
把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用γ 表示，单位是N ·m -1。
二、表面功与表面自由能温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA 所需要对体系作的功，称为表面功。
用公式表示为：s W dA γ∂=，式中γ为比例系数，它在数值上等于当T ，p 及组成恒定的条件下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
B B B B ,,,,,,,,()()()()S V n S P n T V n T P n U H A G A A A Aγ∂∂∂∂====∂∂∂∂ （ 广义的表面自由能） 表面自由能考虑了表面功，热力学基本公式中应相应增加s dA γ一项，即由此可得：B BBB BBB BB B BBd d d d d d d d dA d d d d d d d s s s s U T S P V A dn H T S V P A dn S T P V A dn G S T V P A dn γμγμγμγμ=-++=+++=--++=-+++∑∑∑∑狭义的表面自由能定义：B ,,()p T n G Aγ∂=∂，表面吉布斯（Gibbs ）自由能，单位：J ·m -2。
三、界面张力与温度的关系,,,,S B B A V n s T V n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭,,,,S B BA P n s T P n S A T γ⎛⎫∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 四、溶液的表面张力与浓度的关系对于纯液体，当温度、压力一定时，其表面张力一定。
但对于溶液，由于溶质的加入形成了溶液，表面张力发生变化。
这种变化大致有三种情况:A.表面张力随溶质浓度增大而升高如：NaCl 、KOH 、NH 4Cl 、KNO 3等无机盐类；B.表面张力随浓度增大而降低，通常开始降低较快而后减慢，如醇类、酸类、醛类、酮类等极性有机物；C.一开始表面张力急剧下降，到一定浓度后几乎不再变化，如含8个碳以上的有机酸盐、有机胺盐、磺酸盐等。
蒸汽分汽缸厚度设计规范蒸汽分汽缸是蒸汽机的核心部件之一，其功能是将来自锅炉的高压蒸汽分离成高、中、低三级蒸汽，并送至相应的活塞缸内推动活塞工作。
蒸汽分汽缸厚度的设计至关重要，它直接关系到蒸汽分汽缸的安全性、运行效率和寿命。
本文将对蒸汽分汽缸厚度设计规范进行详细的介绍和解析。
一、蒸汽分汽缸的厚度计算方法蒸汽分汽缸的厚度设计应按照《钢制压力容器》标准GB150-20U进行计算，具体计算方法如下：1.基本参数(1)蒸汽分汽缸的设计压力(2)蒸汽分汽缸的内径(3)蒸汽分汽缸的工作温度(4)材料的抗拉强度和屈服强度2.计算步骤(1)计及弯曲应力蒸汽分汽缸的内压作用下，缸壳的上下两端都会受到一定的压力。
当压力作用于缸壳时，缸壳上下两端的拉伸性变形不同，从而会产生弯曲应力，导致缸壳下端的应力值高于上端。
因此设计时需考虑弯曲应力，按以下公式计算：其中，t为缸壳的厚度，D为缸壳的内径，P为蒸汽分汽缸的设计压力，E 为缸壳材料的弹性模量，V为材料的泊松比。
(2)计及轴向应力在锅炉中工作时，蒸汽分汽缸缸壳受到的轴向压力也需要考虑，它是由于锅炉自身重量和附加设备等因素引起的。
按以下公式计算：其中，q为轴向压力，F为附加设备的重量，g为重力加速度，H为附加设备的重心距离垂直方向的距离。
(3)计及静液压应力在蒸汽分汽缸操作过程中，缸壳内的蒸汽会产生静液压应力，这会对缸壳产生额外的压力，增加缸壳的应力值。
按以下公式计算：其中，PO为静液压力，P为缸内蒸汽密度，g为重力加速度，1为蒸汽分汽缸的长度。
(4)按制造可行性，取最小值作为蒸汽分汽缸的最小厚度值。
二、蒸汽分汽缸厚度的设计标准蒸汽分汽缸的厚度设计必须符合以下标准要求：1.蒸汽分汽缸的超压保护应考虑在内，必要时应设有爆破盖板或安全阀。
2.蒸汽分汽缸的设计压力和工作温度应符合主设备的工作要求和压力容器的规定。
3.蒸汽分汽缸的内径和长度应符合设备工作要求。
4.使用的材料应符合以下标准：(1)GB/T699-2015《低碳素结构钢》(2)GB/T700-2006《碳素结构钢》(3)GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》(4)GB/T3077-2015《合金结构钢》5.蒸汽分汽缸的制造应按照GB150-2011标准的要求进行，且必须符合国家相关要求和规定。
我校青年教师教学基本功竞赛参赛教案（范例）参赛组别：理科参赛序号： 01课程名称：物理化学授课内容：弯曲液面的附加压力授课时间：45分钟1.【教学目的】(1) 知识层面：掌握弯曲液面附加压力产生的原因、方向，以及弯曲液面的附加压力的拉普拉斯方程。
熟练掌握毛细管内液体的上升公式；理解微小液滴的饱和蒸汽压—开尔文公式；理解四个亚稳状态：过饱和蒸汽、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。
(2) 能力层面：能够运用拉普拉斯方程的基本知识，对常见的现象进行分析。
能够通过文献资料的收集和整理，了解拉普拉斯方程的具体应用，提高对事物的综合评价能力和分析的能力。
(3) 思维层面：加深学生对基础知识的理解，着力培养学生的创新精神和关心社会时事的思维习惯，提高学生自主获取专业知识的愿望和能力。
2.【教学内容】(1)弯曲液面的附加压力表面张力(2)微小液滴的饱和蒸汽压—开尔文公式(3) 亚稳状态及新相的生成3.【教学重点与难点】(1)重点：弯曲液面的附加压力，毛细管内液体上升公式；开尔文公式；亚稳态。
解决方法：结合学生熟悉的生活现象，启发学生主动思考，重点讲解，以学生关心的生活事件作为问题的切入点，采用严谨推导得出结论。
(2)难点：弯曲液面的附加压力，开尔文公式；亚稳态解决方法：通过例举习题使学生掌握并熟练运用弯曲液面的附加压力的方向，及其大小的计算公式拉普拉斯方程。
通过例举习题使学生掌握并熟练运用毛细管内液体上升公式及开尔文公式。
通过例举生活中的实例讲解四个亚稳态。
4.【教学单元分析】本节包含表面化学热力学，表面化学的有关概念，气液界面，气固界面（如固气吸附以及吸附规律），液-液界面和固-液界面的特点和性质以及这些性质的特殊应用，表面活性剂的性质及作用等内容。
界面是指密切接触的两相之间的过渡区（约几个分子的厚度），共有五类界面，其中一相是气体时也可称为表面。
处于表面的分子和处于体相的分子的差异使界面表现出一些独特的性质，在前边的体系的讨论中，由于界面的物质的量和体相比较，微乎其微，所以表面性质的差异对整个体系性质的影响也微不足道，可以不予考虑。
