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1、7 5液体的表面现象一、表面张力和表面能n表面张力 液体表面有收缩最小表面积的趋势。n例如：荷叶上的小水滴、玻璃板上的水银都倾向收缩成球形。n因为球形的表面积最小。n说明液体表面存在着收缩力，该力称为表面张力。n产生表面张力的原因 分子力的作用。n液体表面如同张紧的橡皮薄膜。n已知分子间的平衡距离 r10-10-10-10-10 m，n以 10-9-9-9-9 m为半径画一球面（分子作用球），n只有在该球面内的分子才作用于球心的分子。n液体表面层 厚度为分子作用半径 10-9-9-9-9 m 的薄层。n表面层内的分子 与液体内部的分子 的受力情况不一样。n以和和为球心，画分子作用球。n液体内部
2、分子，受其周围分子的引力在各个方向大小相同，故合力为零。n处于表面层内的分子；n其下部的分子对它的引力大于其上部的分子对它的引力；n合力垂直于表面层指向液体内部。n分子愈接近液面，其上所受合力愈大。n可见，处于液体表面层的分子都受到一个指向液体内部的力的作用。n位于表面层的液体分子，受到垂直液面指向液体内部的分子引力作用，n这些引力分别被一些十分靠近的分子的斥力所平衡，使其能够停留在液体的表面层。n n液体表面在这些力的作用下，处于一种特殊的紧张状态，宏观上好象一个被拉紧的弹性橡皮薄膜（表面张力）。n表面张力现象：n表面张力现象：n表面张力现象：n表面张力现象：n表面张力现象：n液体表面层受力
3、情况n液体表面层受力情况n表面张力的大小可以用表面张力系数来描述。n 液体表面上单位长度所受的表面张力。n圆的表面积最大,故外侧液面收缩到最小表面积。图示表面张力的存在。n表面张力的大小可以用表面张力系数 来描述。n 液体表面上单位长度所受的表面张力。n设在液面上画一长为 L L 的线段，则表面张力位于线段两侧的液面上，n以一定的拉力 F F 相互作用，且力的方向恒与线段垂直。n F 正比于线段的长度 L，即 n F =Ln表面张力系数单位：NmNm-1 -1 -1 -1 。n不同的液体，其值也不同。n密度小、易蒸发的液体其表面张力系数较小。n同种液体的值随温度的升高而减小。n n表表 不同液
4、体与空气接触时的表面张力系数不同液体与空气接触时的表面张力系数液液 体体 温温 度度()()()() (Nm(Nm-1-1-1-1或或JmJm-2-2-2-2) )丙酮丙酮 20 020 002370237甲醇甲醇 20 020 002260226苯苯 20 020 002280228氯仿氯仿 20 020 002710271甘油甘油 20 020 006340634水银水银 15 015 0487487肥皂液肥皂液 20 020 0025025溴化钠溴化钠 熔点熔点 0 0103103水水水水 0 00 00 00 00756075607560756 20 0 20 0 20 0 20 00
5、728072807280728 30 0 30 0 30 0 30 00712071207120712 100 0 100 0 100 0 100 00589058905890589n水的表面张力系数与温度关系：n液体表面张力不同于弹性橡皮膜的张力。n弹性橡皮膜的张力随面积的增加而增加，n而液体表面张力却不受面积变化的影响。n弹性橡皮膜分子间距正比于膜面积，而液体膜尽管面积增大了，但液面分子间距却因液内分子的补充而得以维持不变。n位于表面层的液体分子，都受到垂直液面指向液体内部的分子引力作用，n这些引力分别被一些十分靠近的分子的斥力所平衡，使其能够停留在液体的表面层。n若使液体内部的分子移到表
6、面层上，就必须反抗液体内部分子对它的引力而作功，以增加该分子的势能。n可见表面层上分子的势能高于液体内部分子的势能。n这些引力分别被一些十分靠近的分子的斥力所平衡，使其能够停留在液体的表面层。n若使液体内部的分子移到表面层上，就必须反抗液体内部分子对它的引力而作功，以增加该分子的势能。n可见表面层上分子的势能高于液体内部分子的势能。n由势能最小原理知，表面层的分子总是企图往液体内部迁移，致使表面积缩到最小。n反之增加液体的表面积，必须作功把更多的液体分子拉到液面上来，从而增加液体表面的势能。n液体的表面能又称为表面自由能，是在等温条件下，能量转变为机械能的表面内能部分。二、表面能n由外力作功知
7、，表面张力与液体表面能的关系。n图为 U U 形金属框 ABCD，上面有一层液膜，金属框的一边 BCBC 长为 L L，可以自由滑动，n因表面张力作用，液膜要收缩。n加大液膜面积，就得作功。n图中金属丝 BC BC 在外力 F F 作用下向右移动 xx，达到图中 BC BC 位置。n因液膜有两个表面，故液膜表面积增加： S = S = 2 2 （LxLx ），n外力外力 F = 2L，n这时外力的功为：这时外力的功为：nA = F x = W 。n表面能 液膜单位表面积所具有的收缩能。或增加单位液膜面积所增加的势能。n可见表面能在数值上等于表面张力系数。n的单位的单位 Jm Jm-2-2-2-2 （或 NmNm-1-1-1-1）。n从能量的角度看，大小等于增加单位液面积时外力所作的功（或增加单位液面积时所增加的表面自由能）。 例题例题 已知几何参数如图已知几何参数如图所示。求：所示。求：表面张力系表面张力系数数和表面能和表面能。解解：液膜有液膜有两个表面两个表面， 在数值上等于在数值上等于 。第六节 弯曲液面的附加压强
