弯曲界面产生的额外附加压力，在力学分析上应该和哪个力平衡？

高等渗流力学中，毛管力的本质应该是弯曲界面产生的额外附加压力。这个额外附加压力的本质是什么？施力物体是什么？受力物体是什么？

在毛细管插在水中，水面上升至平衡后，受力分析。可以说毛管力和水平面上毛细管内液柱重力平衡。那这时候，毛管力的受力物体是该液柱，那施力物体呢？难道说是“弯曲液面”本身？

也看过力学分析，对表面张力进行分解，有用杨氏方程的，但是还是总觉得有不明确的地方。希望好心人能够详细解答。

虽然用大篇幅介绍了表面物理化学里面的概念，然而对题主重要的问题却是错误的解答。

错误是，表面张力的施力物体怎么可能是大气呢？表面张力的性质只和液滴本身和内部的分子作用力有关。设想一个场景，逐步减少空气中的气体含量，在液体沸腾之前，其液体的表面张力是不会发生变化的。所以液体表面张力和气体之间并没有相关性。即使液滴在微重力的真空下挥发，也是以球形挥发。液滴的球形就是表面张力存在的标志，所以真空下的液滴依然存在表面张力。与空气无关。

我的回答是，小液滴保持球形，其表面张力的施力物体是体相中的分子，受力物体是处于液滴表面的分子。液体表面的分子收到液体内部的分子的引力得不到平衡，就体现为表面张力。所以体相中的分子才是施力物体，而表面的分子时受力物体，其作用效果是表面上发生的液滴收缩呈球形的力学现象。

可以想象，这种不平衡会导致表面层的液滴向体相收缩。那么液滴为什么不能持续收缩呢？这个力怎么达到平衡呢？原因当然时分子间还存在斥力。当表面张力使表面层的分子收缩时，收缩到一定程度时与分子斥力达到平衡。总体系达到能量最低状态，即液滴保持球形，或者界面表面积最小的状态。

对于毛细管中的液体上升的现象，其施力物体是固体表面的分子，受力物体是固液气界面处的液体分子。对于毛细管液面下降的现象，其施力物体是液体界面的液体分子。

具体分析如下：

本讨论涉及到三相界面的力学相互作用。使用杨氏方程固然可以很好地解释界面现象，但是要想分析所谓的施力和受力物体，还是要从分子相互作用开始分析。如下图左图所示，假设加入毛细管后，其平面仍为平的，我们可以分析气固液界面处的水分子来分析液面的行为。

自由界面处的水分子只受到水分子的作用，如a处所示。而对于b处界面分子。其左侧的分子被固体分子替代，这个替代产生了固液分子作用力（F1）与液液分子作用（F2）的差别，这个差别使液面运动。

比如，当固体对液体分子吸引力较大时，即所谓的亲水界面，也是表面能高的界面，F1会大于F2, 所以液面会上升，直到与重力平衡。即毛细管内液面上升现象。同时侧面的作用力差别也会使液面更靠近固体。所以此时的施力物体是固体界面分子。作用效果是液面上升。

毛细管上升原理

那么对于液液分子作用（F2）大于固液分子作用(F1)的情形呢？比如把毛细管插入到汞液体中，界面就会下降。这个作用就是垂直方向上的F1小于F2引起的，同时侧面的作用力差别使液面远离固体。如下图所示。所以此时的施力物体是液体界面分子。作用效果是液面下降。

毛细管下降原理