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怎么理解液体的表面张力?

来源:知乎 浏览 440 次 发布时间:2019-07-19

在确定的条件下,水的表面张力是一个定值。但是轻轻的滴一滴水滴在荷叶上和在普通桌面上的形态不一样?或者说不同材质的衣服上溅了水,但可能是完全不同的水滴效果,怎么理解这个问题,怎么理解液体的表面张力?


先理解界面能,从能量的角度,也就是热力学的角度出发,很多问题理解起来是系统性的。首先,物体的表面是缺陷!试想一下,一种物质内部,结构井然有序,但是在表面,最外面的原子或分子却暴露在外部,再上面再也没有小伙伴一起玩耍,只能和下面的伙伴玩耍,所以,表面最上层的原子或分子,必定与内部其他原子有所不同,内部有部分不合规矩的原子造成的是小缺陷,但是在表面的所有原子都不合规矩,所一,表面是大缺陷!造成大缺陷是需要能量的!


所以说:表面原子比物质内部的原子具有更多的能量,因此,根据能量最低原理,原子会自发的趋于物质内部而不是表面。表面能的另一种定义是,材料表面相对于材料内部所多出的能量。


表面张力,是表面能的力学表现,就像重力是重力势能的表现,就是求一下偏导而已。分手的理由,我们在一起不合适!当最上面一层分子或原子与其他物质接触时,与其他物质的表面的分子或原子玩耍过程,造成了表面能的不同,表现为表面张力不同。你想想,当你和你的小伙伴一起玩耍时,是不是感觉自在,没什么压力,但是,当你和你的老师或父母一起玩耍时,是不是不自在,有压力。对,就是这两层分子在一起玩耍时,能不能自在!!!越是不匹配的,大原子半径的和小原子半径的在一起玩耍,不自在,不匹配,表面能大,不想和它们相处,于是就想往里缩!!找自在的地方。比如,一粒水滴落到塑料上,TM都是不匹配,不想打交道的分子,于是都往里面缩,水滴很鼓,很生气。但是遇到和自己匹配的物质的表面,都躺展了!!!就是贱。


理解了不同物质的分子或原子结构,再来考虑表面张力就不难了,水分子讨厌荷叶的表面(分子结构不同,电子结构不同,不匹配),于是都不想当表面,于是水滴很鼓。水分子如果遇到喜欢的分子,必定躺展!!这就是为什么水滴的形态不一样,就是双方表面的分子互相接触,如果没什么冲突,就躺展,如果冲突,就变鼓。 所以以后看到荷叶上的露珠,你该想想,水珠是多么不爽荷叶,都气鼓了!!自然界没有人那么虚伪,人会与不喜欢的人交流,会在一起聊天喝酒,假装很好,但是自然界,不喜欢,不匹配,就是赤裸裸的减少接触,减少表面接触的面积,让能量达到最低,一种原始的美感,让人感动。


表面张力是个定值是在很多限定条件下才成立的,表面张力的定义和概念就不多提了,来说说如何更好的理解液体的表面张力。


首先,表面张力存在于,比如非常小的细管内的毛细现象,比如肥皂泡以及涉及液体与固体之间的浸润与非浸润的情况等。来一一说明。


1、在温度一定时,不同液体的表面张力会不同比如下面表格在10摄氏度时不同液体的表面张力差异很大;

2、同种液体,在不同温度时表面张力会不同比如下面表格温度越低表面张力越大;

3、表面张力的测量往往选取最大值;

由于距离不同表现出的表面张力也不同,因此测量往往取最大值,也就是右方图中的Fmax


4、接触角在在三种介质的边界面相交于一点的情形中,接触线受到三个不同边界面的表面张力,为了维持平衡,表面张力的合力在这些方向上的分量必须等于零,这就要求三个边界面交成一定的角度。

由于接触角的不同和浸润与非浸润的情况就可以解释题主所说的完全不同的水滴效果常见的有下图三种情况;

当角度>160度时就出现了莲花效应(lotus effect);

希望此回答帮助题主更好的理解了液体的表面张力!

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