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物质的形态之液晶和液体(表面张力)

来源:中学物理知识传播者 浏览 202 次 发布时间:2022-03-07

我们都知道物体有三种形态,那就是固态液态气态,但是随着科技的发展,人们在固体和液体之间发现了另一种形态,那就是液晶。液晶就是流动的晶体,它的形状取决于容器的形状,它的最大特性是各项异性,这个性质和单晶体是一样的。大家关于液晶了解这么多就可以了。


接下来我们主要看一下液体的相关知识。液体没有确定的形状,受容器影响。但它的体积在压力及温度不变的环境下,是固定不变的。此外,液体对容器施加压力和其他物态一样,即对容器的边施加大小不等的压力。


和固态不同,液体分子间的距离较远,分子运动也较剧烈,分子间的吸引力较小,以致在实际上它对切力和拉力几乎毫无抵抗能力,而只能抵抗它对压缩的力量。这也就是说,在压力的作用下,液体可以达到平衡状态。而在拉力或切力等的作用下,则液体极易变形。正是由于液体显示了固体没有而气体有的“易流动性”。因此,气体和液体统称为流体。这方面内容大家了解即可。


液体和气体的分界处或两种不能混合的液体之间的界面处,由于分子之间的吸引力,液体会产生使表面尽可能缩小的力,这个力称为“表面张力”。



表面张力是分子力的宏观表现,我们以上图的AB两个分子做一说明。假设A是液体内部的分子,那么,由于它的周围全是液体分子,所以从大量统计的角度看,它受的合力,我们可以认为零,而B在液体和气体的接触面上,它左右两侧,我们可以认为是对称的,也就是说合力为零但是上下两侧很明显是下面的水分子较多,(为什么是上面的少呢?是因为水蒸发变成气体积增大,体积增大就意味着分子之间的距离增大,所以此时表面的水分子之间的作用力应该显示为引力),也可以从另一个角度说,上下两侧水分子的密度不一样,所以合力是向下的。所以,不管从宏观还是从微观的角度来看,液体和气体的分界面,液体就会有一个收缩的趋势,也就是说变成球的趋势。清晨凝聚在叶片上的水滴悬而不落就是表面张力或者分子之间的力大于重力造成的,所以与是不是在叶片没有关系,从而也就解释了太空中的水滴就是一个球的原因。没有接触的东西,他也不会落,落不落是要看表面张力或者分子之间的力与重力的大小之比。


接下来我们看一下,水黾或者绣花针为什么能站在水面上?很显然不是浮力的作用,如果有福利的话,必须要有排开水的体积。



之所以能站住就是由于表面张力的作用。怎么理解呢?那就是表面张力的方向是平行于分界面,垂直于分界线。什么意思呢?我们如果假设分界面是一个长方形那么表面张力的方向肯定是在长方形内所以它是平行于分界面,为什么是垂直于分界线呢?这个我们可以从微观角度来看,如果在长方形任意画一条线,那么,这条线两侧的分子之间的分子力肯定是垂直于这条线,也就是说,垂直于分界线。在具体上面这个事例来说,表面张力就相当于一块手帕,如果一块手帕悬浮在空中,那么一个物体放到这个手帕上,他肯定就会陷进去了,而如果我们有表面张力,也就是说,相当于我们用手把这块手帕拉平,那么这个物体肯定就停留在手帕的表面了。你明白了吗?