8-1 界面张力
界面张力
摘要在表面活性剂水溶液中，从润湿临界表面张力分析了天然疏水性固体像煤，硫，辉钼矿的相对润湿性和可浮性。
因为润湿性和可浮性是相同的，所以可浮临界表面张力得到了发展。
在特定的情况下，溶液的表面张力介于各自的可浮的临界表面张力之间，两种天然疏水性固体的选择性分离在理论上是可行的，尽管这两种固体可能有相同的润湿临界表面张力。
简介在以前的出版物中，在讨论关于疏水性矿物的分离时讨论过界面张力γc的概念。
1964年Zisman及其同事利用纯有机溶液对能量低的固体进行研究，得出cosθ与γlv的线性关系，当cosθ=1时，可以得出固体的临界表面张力。
1959年，Bernett和Zisman用表面活性剂溶液代替纯溶液时，关系是非线性的。
对于短链正醇的水溶液，接触角与γc组成的单调的曲线在纯溶液的下面，同时也取决于表面活性剂的种类。
一种非传统的方法绘制接触角与表面张力的关系就是所谓的粘附力γlv·cos θ与γlv。
θ从0º到180º.在很多情况下，包括短链的正醇溶液，γlv·cosθ与γlv 是线性关系，关系式为γlv·cosθ=b·γlv+（1-b）·γc其中b是润湿性曲线的斜率，γc是θ=0º时的截距。
对于非极性固体，只有分散力的作用，如聚四氟乙烯和石蜡，b≈—1，在这种情况下，γc是反应润湿性不同的参数，对于聚四氟乙烯和石蜡，γc分别大约为20达因/厘米和24达因/厘米（1973年Bargman和van V oorst Vader）。
然而，随着固体表面极性的增加，b变得越来越消极（尽管在某些情况下是积极地），而γc似乎接近最高值30达因/厘米，尤其是用无关固体（聚合物或者煤炭例如云母，石墨，辉锑矿）种类的醇溶液时。
因此，随着固体极性的增加润湿性不仅与γc有关而且与b也有关。
图2解释了在水溶液中润湿行为的不同，直线A代表非极性固体，直线B和D代表的固体极性越来越强。
JZ-1界面张力技术规范-2013.10
JZ-1型全自动界面张力仪技术规范书一、概述JZ-1型全自动界面张力仪是测定各种液面的表面张力（液—气相界面）及矿物油与水的界面张力（液—液相界面）。
该仪器采用大屏幕点阵液晶显示，全汉字菜单提示的无标识按键，自动化程度高，工作可靠，重复性好，操作极为简单，只需开机后按菜单提示操作，便可完成全部实验。
仪器具有自动温度补偿、时钟控制、掉电存储、打印、自动平均值计算、冗余设计的RS232接口可与计算机直接联接并联操作和直接将测试结果传输至掌上电脑等全新功能。
是目前国内首位获国家专利的全自动界面张力测量仪器。
二、执行标准按照GB6541-86《石油产品油对水界面张力测定法》（圆环法）标准要求设计制造。
三、功能简介1.可用于自动测试变压器油、汽轮机油、抗燃油的界面张力。
2.采用大屏幕点阵液晶触摸屏显示，汉字菜单提示。
3.自动化程度高，重复性好，操作简单。
4.具有自动温度补偿、时钟控制、掉电存储、打印及直接将测试结果传输至电脑等功能。
5.测量方法：圆环法四、技术指标1. 电源：AC 220V±5% 50HZ2. 功率：20VA3. 分辨率：0.1毫牛顿/米4. 灵敏度：0.1毫牛顿/米5. 准确度：0.1毫牛顿/米6. 重复性：0.3%7. 测量范围：电力用绝缘油2~100毫牛顿/米其他石油产品2~200毫牛顿/米8. 外形尺寸：185×260×360（毫米）9. 重量：15公斤10.运动速度：1mm/s（快）；0.3-0.4mm/s（慢）五、使用条件1. 适用温度：10~30℃（典型值：25℃）2. 适用湿度：（20~75）%RH六、随机附件保定市建通电器制造有限公司。
重庆大学物理化学教研室编物理化学答案第八章
第八章8-1、在293.15K及101.325kPa下，把半径为1×10–3m的汞滴分散成半径为1×10-9m的小汞滴，试求此过程系统的表面吉布斯函数变。
已知293.15K汞的表面张力为0.470N·m–1。
解：8-2、293.15K时，乙醚–水、乙醚–汞及水–汞的界面张力分别为0.0107、0.379及0.375N·m–1，若在乙醚与汞的界面上滴一滴水，试求其润湿角。
解：根据杨氏方程即润湿角为8-3、293.15K时，水的饱和蒸气压为2.337kPa，密度为998.3kg·m–3，表面张力为72.75×10–3N·m–1，试求半径为10–9m的小水滴在293.15K时的饱和蒸气压为若干？解：对于小液滴利用开尔文公式8-4、已知100℃时水的表面张力，，试计算在101325Pa下，在水中产生半径为5×10–7m的水蒸气泡所需的温度。
解：由拉普拉斯方程根据克劳休斯－克拉贝龙方程T r=411K8-5、在20℃，将半径，完全被水润湿的毛细管插入水中，试求管内水面上升的高度。
解：根据液体在毛细管内上升高度公式8-6、在正常沸点时，水中含有直径为0.01mm的空气泡，问需过热多少度才能使这样的水开始沸腾？已知水在100℃时的表面张力为0.0589N·m–1，摩尔汽化焓。
解：由拉普拉斯方程根据克劳休斯－克拉贝龙方程T r=379.19K△t=T r-373.15=379.19-373.15=6℃8-7、20℃时，水的表面张力为0.0727N·m–1，水银的表面张力为0.483N·m–1，水银和水的界面张力为0.415N·m–1。
请分别用角及铺展系数s的计算结果判断：(1) 水能否在水银表面上铺展？(2) 水银能否在水面上铺展？解：1) 根据杨氏方程水能否在水银表面上铺2) 根据铺展系数s的定义所以不能在水面上铺展8-8、已知在273.15K时，用活性炭吸附CHCl3，其饱和吸附量为93.8dm3·kg–1，若CHCl3的分压力为13.375kPa，其平衡吸附量为82.5dm3·kg–1。
阴离子双子表面活性剂的油水界面张力
２ ０ １ （ ） １ ０ １ ２ ０ ９，６ ５ ： １ — １ ．
［ ］ 伍 锐 东 ， 泉 ， 丽 ， ． 古 深 层 稠 油 乳 化 降 黏 实 验 研 究 ［］断 块 ７ 岳 王 等 轮 Ｊ．
图 ２ 表 面 活 性 剂 与 油 相 间 的油 水 界 面 张 力
根据 曲线 的拐 点确 定 临界胶 束质 量 浓度 （ ＭＣ 和 Ｃ ） 与之 对应 的油 水界 面 张力 （ ， ） 计算 结果 见表 ｌ 。
表 １ 表 面 活 性 剂 与不 同油 相 间 的界 面 活 性
图 １ 质 量 浓 度 为 ０ ／ 是 ． ｇＬ的 ８４８溶 液 与 不 同 ５ —＿ 油相 间界 面 张力 实验 结果 。从 图 １可 以看 出 ，—． ８４８与
第 １ ９卷 第 １ 期
胡小 冬 。 ． 等 阴离 子 双 子 表 面 活 性 剂 的油 水 界 面 张 力
１ 实 验
１１ 实 验材 料及 仪器 ．
２１ ．． 油 水界 面活 性 ２
用 模 拟地层 水 配制 不 同质量 浓度 的表 面活 性剂 溶
液 ，在 ４ ５℃下 测 定其 油水 界 面张 力 ，煤 油在 １－—２ ２４ １
Ｂ ｏ ｋＯ ｌ Ｇ ｓ ｉｌ ， ０ ０，８ １ ：０ ６ ． ｌｃ ｉ＆ ａ Ｆｅｄ ２ １ １ （ ） ６ — ２
由图 ３可 知 ． 随着 矿化 度 的增加 ， 面 活性 剂溶 液 表
与 稀 油 间 的油 水 界 面 张 力 迅 速 降 低 。 当矿 化 度 达 到
界面张力浸润角-概述说明以及解释
界面张力浸润角-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容如下：1.1 概述界面张力和浸润角是研究界面特性和表面张力的重要概念。
在物理和化学领域中，界面张力是指两种不同介质之间相互作用引起的表面张力，常用来描述液体与气体或液体与固体之间的相互作用力。
而浸润角是评估一个液体是否能够在固体表面扩展开并保持稳定的量度指标。
界面张力和浸润角的研究在材料科学、涂层工艺和生物医学等领域具有广泛的应用。
界面张力的定义涉及到两个不同介质之间的相互作用力，即液体表面的张力。
当两种不同介质之间的相互作用力越大，界面张力就越高，液体表面越容易收缩成球状。
而浸润角则是评估液体在固体表面展开的能力。
当液体能够充分展开在固体表面并保持稳定时，浸润角较小，表明液体与固体之间存在较好的相互作用。
相反，当液体无法充分展开在固体表面时，浸润角较大，表明液体与固体之间的相互作用较弱。
界面张力和浸润角的关系密切相互依存。
界面张力的大小决定了液体与气体或液体与固体之间的相互作用力强弱，进而影响液体在固体表面展开的能力。
浸润角的测量和分析可以帮助研究人员了解液体和固体之间的相互作用强度，从而对涂层材料、液体吸附等相关领域的应用提供依据。
本文将重点探讨界面张力和浸润角的定义、影响因素、测量方法和物理意义，并深入研究两者之间的关系以及在实际应用中的意义。
通过对界面张力和浸润角的综合分析，旨在总结它们在不同应用领域中的重要性，并提出未来研究的方向，以进一步推动相关领域的发展和应用。
文章结构部分的内容如下:文章结构本篇文章主要围绕着界面张力和浸润角展开讨论。
为了更好地组织文章内容，以下是本文的结构框架：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 界面张力2.1.1 定义2.1.2 影响因素2.1.3 应用领域2.2 浸润角2.2.1 定义2.2.2 测量方法2.2.3 物理意义2.3 界面张力与浸润角的关系2.3.1 界面张力与浸润角的定义2.3.2 影响关系2.3.3 实际应用3. 结论3.1 总结界面张力和浸润角的重要性3.2 强调其在实际应用中的价值3.3 提出未来研究的方向通过以上结构框架，本文将系统地介绍界面张力和浸润角的概念、定义以及各自的影响因素和测量方法。
聚合物共混界面张力
聚合物共混界面张力全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：聚合物共混界面张力是指不同聚合物之间在界面处产生的张力。
在聚合物共混体系中，由于不同聚合物链的化学结构特殊性和相互作用的复杂性，会导致在它们的界面上存在一定的张力。
这种张力不仅会影响到聚合物共混体系的稳定性和热力学性质，还对其物理性质和加工性能产生影响。
在聚合物共混界面张力的研究中，主要考虑的是两种不同聚合物分子之间在界面处的相互作用。
聚合物链之间的相互作用，包括极性和非极性相互作用、氢键作用、范德华力等，都会对共混体系的界面张力产生影响。
通过研究聚合物共混界面张力，可以更深入地了解聚合物共混体系的结构和性质，为设计和合成具有特定性能的新型聚合物共混材料提供理论依据。
聚合物共混界面张力还会影响到共混体系的加工性能。
在制备过程中，如果不同聚合物之间的界面张力较大，会导致共混体系的流动性变差，使得加工过程变得困难，甚至导致共混材料的结构疏松，性能下降。
在实际生产过程中，需要通过调节不同聚合物之间的相互作用，减小界面张力，提高共混体系的加工性能。
聚合物共混界面张力是影响聚合物共混体系性能的重要因素之一。
通过深入研究聚合物共混界面张力，可以找到改善共混体系相容性和稳定性的途径，为设计和制备性能优良的新型聚合物共混材料提供技术支持。
【AD】第二篇示例：聚合物共混是指将两种或更多种不同化学成分的聚合物混合在一起，形成新的混合物。
在这个过程中，共混物中存在着不同种类的分子，它们之间存在着分子间相互作用力。
在聚合物共混中，混有的两种或多种聚合物之间存在着界面。
这个界面是聚合物共混物中的一个重要组成部分，决定着共混物的性质和性能。
而共混界面张力则是描述在共混界面上存在的相互作用力的一个重要物理量。
在聚合物共混界面中，通常存在着两种类型的相互作用力：一是相互吸引的力，另一种是相互排斥的力。
这两种力对共混物的性质和性能有着不同的影响。
相互吸引的力会使得共混物中的两种或多种聚合物相互靠拢，形成一种紧密的结合状态。
流体力学中的流体中的界面张力
流体力学中的流体中的界面张力流体力学是研究流动物理学的分支学科，研究的是流体的运动规律和性质。
在流体中存在着不同种类的界面，比如气液界面、液液界面等，而界面上的一个重要性质就是界面张力。
界面张力是指单位长度或单位面积的界面上，受到作用的平衡力所引起的张力。
它是描述界面相互作用的重要参数，对于了解液体界面现象以及许多工程应用具有重要的意义。
在流体中，界面张力由于分子间的相互作用引起。
分子之间存在着范德华力，当两种不同物质的分子靠近时，它们之间会产生相互吸引的力，这就是范德华力。
当分子越靠近，这种相互吸引力就越大，导致界面上的分子处于一个有拉力的状态，这个拉力就是界面张力。
界面张力对于液滴形状以及液体的表面现象有重要影响。
对于液滴来说，界面张力使得液滴呈现出球形，因为球形形状能够使液滴的表面积最小化，从而使得界面张力也最小化。
当一个液滴与另一个液体接触时，液滴表面上的液体分子与另一种液体分子间的界面张力会引起液滴的变形，从而导致液体的合并或者分离现象。
界面张力还对于液体的表面现象有影响。
在液体表面上，表面分子受到的范德华力会使得表面有一个张力，这个张力使得液体表面能够承受一定的压力。
这就是为什么一些昆虫能够在液体表面行走的原因，因为液体表面上的张力能够使液体表面变得很坚固。
在一些工程应用中，如液滴传输、液体完全湿润材料等，界面张力的控制至关重要。
人们通过在界面上添加表面活性剂来改变界面张力，从而实现液滴的稳定传输以及液体在固体表面上的展开和包覆。
综上所述，流体力学中的流体中的界面张力是一个描述界面相互作用的重要参数。
它对液滴形状和液体的表面现象具有重要影响，并广泛应用于工程领域。
通过控制界面张力，我们可以实现一系列的工程应用，为科技进步和生活带来便利。
油层物理-杨胜来 油层物理学8
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油层物理学 Petro-Physics 中国石油大学(北京）
第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性
二、比界面能和界面张力（ 比表面能和表面张力 ）
图8-4三相周界界面张力示意图
也只有在争夺的过程中最后达到平衡的情况下才 有张力的表现。 界面张力的大小等于各自的比表面能； 界面张力的方向，界面为平面则在平面上，界面 为曲线，则在切线上； 力的作用点则为三相周界的接触点。
第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性 第三篇 储层中多相流体的渗流机理
储层中多相流体的特点 1、流体与岩石、流体与流体的接触面积相当大
油藏岩石是比面极大的多孔介质，即使孔道中 只含有一相流体时，它与岩石孔隙的接触面积已经相 当大。 而当油藏流体以油、气、水两相或三相同时存 在于岩石孔隙中时，在各相流体之间、流体与岩石颗 粒固相间就存在着多种界面——水和岩石、油和岩石 、油和水、油和气、气和水等多种接触面，这些界面 总面积极大。
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第八章 储层岩石中的界面现象与润湿性
一、 两相界面的自由界面能 （4）自由界面能的大小与两相分子性质有关系。 两相分子的极性差越大，界面能越大。 水是液体中极性最大的，而干净的空气极性很小 ，因此水-空气界面的表面能最大。 原油和四氯化碳的极性差很小，乃至界面消失而 互溶，正因为如此，油层物理实验中用四氯化碳来提 取岩心中的石油。 （5）自由界面能还与两相的相态有关。 液相和气相界面的自由表面能一般比液相和液相 界面的自由界面能要大。 液和固之间的自由界面能大于液和气之间的自由 表面能。 液固>气液 1
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界面张力的测定
实验五十六界面张力的测定一实验目的1.掌握界面张力和表面张力的基本概念；2.了解界面张力和表面张力产生原因和现象；3.学会表面张力仪的使用方法。
二实验原理处于界面的分子与处于相本体内的分子所受的力不同,在本体内的分子所受的力是对称平衡的，合力为零,但处在表面或界面的分子由于上、下层分子对它的吸引力不同，所受合力不等于零，其合力方向一般情况下垂直指向液体内部，如在无外力作用下的水滴、汞滴、杯子中的弧形水面等，这种力由液体分子间内聚力引起，被称为界面张力。
通常情况下，界面张力（interfacial tension)是指不相容两相间的张力，而表面张力（surfacial tension)是界面张力的一种特殊形式，是指气-液或气-固界面的张力。
表面张力是液体的属性之一，仅与温度有关，一般情况下温度越高，表面张力就越小。
另外杂质或添加剂会明显改变液体的表面张力，比如洁净的水表面张力很大，沾有肥皂液的水表面张力就比较小。
具有不同表面张力的液体呈现不同的物理现象和化学性质，液体的溶解性、润湿性、发泡性、涂布性及渗透性等性质也同表面张力有关。
人们经常对给定的液体进行表面张力的分析，进而研究该液体相对于其他液体或固体的物理现象，而这种研究正是产业化过程中进行质量控制的基本手段之一。
本实验学习使用2种表面张力测量方法，白金环法（又称du Nouy法）和白金板法（又称Wilhelmy法）。
表面张力的测定最早使用的白金环法，但由于白金环法存在某些不足，因此又研究开发出白金板法。
图1是实验中使用的全自动表面张力仪示意图。
1双头挂钩及白金环（或白金板）； 2样品托盘；3张力仪主机；4样品台升降构件；5水平调节脚；6液晶显示屏（显示测得的数值部分）；7按键“开/关、去皮、校准、模式”； 8测力值传感器； 9水平泡图1 全自动表面张力仪示意图（1）白金环法白金环法的测量首先将白金环轻轻浸入液体中大约5～6mm 左右，随后将白金环慢慢地往上提升，即液面相对而言下降，使得白金环下面形成一个液柱，并最终与白金环分离。
物理化学 第八章 界面张力复习
pr =3.10×103 Pa< 3.15×103 Pa(实际)，
所以夜间水蒸气能在土壤毛细管中凝结。
例5 一个带有毛细管颈的漏斗，其底部装有半透膜， 内盛浓度为1×10-3mol L-1的稀硬酯酸钠水溶液。若溶 液的表面张力 = *-bc, 其中 * = 0.07288 Nm-1，b= 19.62 (N m-1 mol L-1)， 298.2 K 时将此漏斗缓慢地插 入盛水的烧杯中，测得毛细管颈内液柱超出水面 30.71cm 时达成平衡， 1) 求毛细管的半径; 2) 若将此毛细管插入水中，液面上升多少？
• 6．喷洒农药时，为什么要在农药中加表面 活性剂？ • 答：植物有自身保护功能，在叶子表面有 蜡质物，不被雨水润湿，可以防止茎叶折 断。如果农药是普通水溶液，接触角大于 90°，喷在植物上不能润湿叶子，成水滴 淌下，达不到杀虫效果；加了表面活性剂 以后，使农药表面张力下降，接触角小于 90°，能润湿叶子，提高杀虫效果。现在， 有的农药在制备时就加了表面活性剂，制 成乳剂等。
解： Wr’ = A = (A2 – A1) A2 = n 4r2 而 1kg = n × ( 4/3r3 ) n = 2.4 1023个
Wr’ =310-3 /r =218 kJ
而 218 kJ 的能量相当于1 kg水升温 50℃ 所需的能 .对于1 kg水(0.0485m2)，表面能约为 3.510-3J。
2 0.07288 2σ cosθ 2σ 0.074 m h -4 ρ gr' 1000 9.8 2.008 10 ρ gr'
液面上升7.4 cm
例6 0℃时，CO在2.964g木炭上吸附的平衡压力p与 吸附气体标准状况体积V有下列数据 p/104Pa 0.97 V/cm3 7.5 2.40 16.5 4.12 25.1 7.20 38.1 11.76 52.3
什么是界面张力
什么是界面张力作者：未知来源：网络点击数: 197 日期：2009-10-27界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，如其中一相为气体，这种界面通常称作为表面。
在固体和液体相接触的界面处，或在两种不同液体相接触的界面上，单位面积内两种物质的分子，各自相对于本相内部相同数量的分子过剩自由能之加和值，就称为界面张力。
界面张力，也叫液体的表面张力，就是液体与空气间的界面张力。
严格说表面应是液体和固体与其饱和蒸汽之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。
常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。
液体与另一种不相混溶的液体接触，其界面产生的力叫液相与液相间的界面张力。
液体与固体表面接触，其界面产生的力叫液相与固相间的界面张力。
液体的表面张力，就是液体表面的自由能。
固体表面与空气的界面之间的界面张力，就是固体表面的自由能。
固体表面不同的材质，其表面自由能不同,金属和一般无机物表面的能量在 lOOmN/m以上，称为高能表面；塑料等有机物表面的能量较低，称为低能表面。
与表面张力不同，处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵消。
因此界面张力通常要比表面张力小得多。
表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。
处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。
我们知道，球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体。
因此，在表面张力的作用下，液滴总是力图保持球形，这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因。
表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。
表面张力仅仅与液体的性质和温度有关。
一般情况下，温度越高，表面张力就越小。
另外杂质也会明显地改变液体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小，也就是说，洁净水表面具有更大的收缩趋势。
物理化学 第八章界面张力复习
• 7．用同一支滴管滴出相同体积的水、NaCl 稀溶液和乙醇溶液，滴数是否相同？ • 答：不相同。因为在密度相差不大的情况 下，液滴的大小与表面张力有关。一般表 面张力越大，在管端能悬挂的液滴体积也 越大。所以，液体体积相同的情况下，表 面张力最大的NaCl稀溶液液滴最大，滴数 最少。水居中，乙醇溶液液滴最小，滴数 最多。若液体密度相差大，还要考虑密度 的影响。
1/Vm =8.78 ×10-3 cm-3, 1/(bVm) =1.24×103 Pa ·cm-3 故Vm =114 cm3, b= 7.08×10-6 Pa-1
p
(2) 求CO压力为5.33×104 Pa时，1g木炭吸附的 CO标准状况体积。 从图上查出， 当pCO = 5.33×104 Pa时，p/V=1707Pa ·cm-3 2.964g木炭吸附的CO标准状况体积为： V= 5.33×104 /1707=31.22cm3 1g木炭吸附的CO标准状况体积为： V/m=31.22/2.964=10.5cm3
(G)T , p dA
S dA T A, p
U H G TS
三、Young-Laplace 公式 : p=2/r
附加压力的方向总是指向球心
四、Kelvin eq.
注意： 凹（液中气泡）：r取负值，pr < p 凸（小液滴）： r取正值，pr > p
解: (1)将题目给定关系式对浓度c求导，得 σ AB c 1 Bc c σ ABc 代入吉布斯吸附公式，得 RT c RT (1 Bc) (2) 将A=0.0131Nm-1, B=19.62dm3mol-1, T=292K, c= 0.20mol dm-3代入上式，计算得： =4.30×10-6 mol ·m-2
界面张力计算公式
界面张力计算公式
一、基本定义：
界面张力是指在面板内表面上受施加的受力或者牵引力。
这里的界面张力是指界面受施加的拉力，有时也可以看作是指表面贴力，但两者有明显的区别，表面贴力更关注的是表面吸力的结果，而界面张力则是指界面受施加的拉力总和，例如界面受施加的系力，压力，振动，干湿等力的综合结果。
二、界面张力计算公式：
1、界面张力的计算公式是：界面张力=受力面积*力密度/分布因子
其中，受力面积是指受施加的力的承载面积，力密度对应受施力的大小，分布因子代表的是界面均匀比例，用以评价界面张力的均匀性。
2、如果需要对形变后的界面进行张力计算，则需要加上形变系数：
形变系数=形变后面积/形变前面积
因此，界面张力的最终计算公式为：界面张力=受力面积*力密度/形变系数*分布因子
三、示例：
假设有一个正方形的面板，位于SC站，ABCD四个角处的拉力分别为F1、F2、F3和F4，用下面的公式可以计算出界面张力：界面张力=(F1+F2+F3+F4)*a2/(a2*b2*4)
其中a2和b2分别代表正方形的面积，4代表正方形有4个角处受施力，a2*b2*4代表了这4个角处总共受施力的面积，最后括号中的结果就是各个角处受施力的力密度。
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2020/8/23
１、弯曲液面附加压力－拉普拉斯方程
弯曲液面凹面一侧压力以p内表示，凸面一侧压力 以p外表示，弯曲液面内外压力差△p称为附加压力。
p p内 p外 pl pg 0 p p内 p外 pg pl 0
表面张力的存在是弯曲液面产生附加压力的根本 原因，附加压力是表面张力存在的必然结果。
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§8.1 界面张力
１.液体表面张力、比表面功、 比表面吉布斯函数
２.界面热力学方程 ３.界面张力影响因素
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2020/8/23
１、表面张力，比表面功与比表面吉布斯函数
液体表面分子受力情况分析：
液体内部：分子所受的力可以 彼此抵消，合力为零。故内部分子 可无规则运动而不消耗功。 液体表面：分子恒受指向液体 内部的拉力，处于不对称力场。故 表面分子趋向液体内部移动，宏观 表现为液体表面力图缩小到最小。
Va V m
(m 3 kg 1 )
体积要换算成标准状况（0 C ,101.325kPa)
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2020/8/23
2、等温吸附
吸附量 f (T , p,吸附剂，吸附质） 吸附剂、吸附质定：V a f (T , p)
吸附等温线：（）T：V a f ( p) V a — p线
第八章 界面现象
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基本概念
１.界面和界面现象 ２.表面和比表面
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2020/8/23
１、界面和界面现象
界面（Interface）
第2章-界面能及界面张力
1. 表面现象
为什么这只蜥蜴能在 水上行走？
为什么蛛网上的水珠 呈球状？
可见:液体表面会形成一层膜
2/1
界面能及界面张力
2.1 界面能及界面张力
1. 界面现象本质
表面层分子与内部分子相比, 它们所处的环境不同。
体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的,各个方向
的力彼此抵销 但是处在界面层的分子, 一方面受到体相内相同物质分子的作用, 另一 方面受到性质不同的另一相中 物质分子的作用, 其作用力未必能相互 抵销, 因此, 界面层会显示出一些独特的性质。
dH TdS VdP dA
BdnB
B
BdnB
B
dF SdT PdV dA
dG SdT VdP dA
由此可得：
BdnB
B
BdnB
B
F ( ) G H U T , V , n ( ) ( ) ( ) T , P , nB A S ,V , nB A S , P , n B A A
材料成形界面工程
Interfacial Engineering in Materials Processing
李贵
武汉科技大学机械自动化学院
2/
界面能及界面张力
2.1 界面能及界面张力 2.2 固体表面能与表面张力
2.0 表面现象
1. 表面现象
为什么膜会被拉得很大而不破裂？
2.0 表面现象
这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势, 并使表面层显示出 一些独特性质: 表面张力, 表面吸附, 毛细现象, 过饱和状态等
2.1 界面能及界面张力
液界面张力
表面吉布斯自由能
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA
所需要对系统作的非体积功，称为表面功。用公式表
示为：
W ' dAs
式中 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系 统做的可逆非膨胀功。
表面自由能 (surface free energy)
①与物质的本性有关：不同的物质，分子间的作用力不 同，对界面上分子的影响也不同。分子间相互作用力越大，γ 越 大。 一般对于气液界面有 ：γ(金属键)> γ(离子键)> γ(极 性键)> γ(非极性键)
γs>γl>γg
与所接触的另一相物质有关
②温度对界面张力的影响: 温度升高，物质体积膨胀，分 子间距离增加，相互作用减弱，界面张力下降。
外压为 p0 ，附加压力为 ps ，液滴所受总压为：
p总 p0 ps
对活塞稍加压力，将 毛细管内液体压出少许
使液滴体积增加dV
相应地其表面积增加dA 克服附加压力ps所做的功等 于可逆增加表面积的Gibbs 自由能
psdV dAs
p0 ps
R'
psdV dAs
V 4 R'3
至于分散度对于界面张力的影响，要到物质分散到曲率 半径接近分子尺度时才较明显。
五、溶液的表面张力与溶液浓度的关系
水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变。 非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。
非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。
溶液的表面张力与溶液浓度的关系
【问题2】 检查玻璃器皿是否已清晰干净的一常用方法为： 倒置玻璃器皿，观察器壁上是否挂有水珠，其原理是什么?
ASME_Ⅷ-1设计方法
ASME Ⅷ-1设计方法1. 失效准则：在容器设计中，可能遇到的失效方式大致有以下几种：∙过量的弹性变形，包括弹性不稳定；∙过量的塑性变形；∙脆性断裂；∙由应力引起的破坏/蠕变变形（非弹性）；∙塑性不稳定—渐增的垮塌；∙高应变、低循环疲劳；∙应力腐蚀；∙腐蚀疲劳；2. 强度理论：ASME VIII-1：第一强度理论即最大主应力理论ASME VIII-2 按规则设计部分：第三强度理论即最大剪应力理论按分析设计部分：第四强度理论即最大变形能理论3. 载荷的确定：【UG-22】∙设计内压或设计外压∙容器的重量和操作或试验状态下容器内部正常介质的重量∙附属设备的重量产生的附加静载反力∙附件∙由压力或温度变化引起的，或由容器上的设备引起的周期性动载荷反作用力以及机械载荷∙必要时考虑风载、雪载和地震载荷∙冲击反力；∙温度梯度以及不同的热膨胀∙各种异常压力∙水压试验时的液柱静压力4. 材料要求：承压元件材料∙符合ASME II卷D篇表1A、1B和3，包括各表中所有适用的注；∙非本卷所许可的其他材料不得采用，除非这些材料的资料按照第II卷D篇附录5提请ASME委员会批准；∙ ASME规范不可能包含用户对容器的各种要求，因此规范的条款往往比较原则，允许并要求用户进行补充、完善或根据规范的原则进行判断，所以使用ASME规范钢材标准时一般均有采购规范予以补充和具体化。
采购规范由工程公司或容器制造厂根据具体用途和经验制订，并作为材料采购合同的技术附件。
∙ASME钢材标准仅对材料最基本性能作出规定，而留出空间让用户根据各自的需要进行选择、补充，让材料生产厂商按照自身的装备、技术、工艺等情况有很大的调整余地。
∙钢材标准看似十分繁多，但体系明确、联系紧密、互相呼应、配套性强。
ASME钢材标准有100余个，钢号600余个，但经分类后，常用的钢种却只有十几个，并已涵盖了各种强度等级的碳钢、低温用钢、铬钼耐热钢、奥氏体和双相不锈钢以及各种型式的钢材（板材、管材、锻件、管件、棒材、紧固件）。
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dA SdT pdV μB (α)dnB (α)
α B
8.1 界面张力
当体系作表面功时，G 还是面积A的函数
G f (T , p, n B, n C, n DAS )
dG SdT Vdp μB( α )dnB( α ) γdAs
α B
第八章 界面现象
第八章 界面现象 本章要求：
理解表面张力、表面功及表面吉布斯函数。 了解湿润现象，弯曲液面的附加压力和毛细现象，亚稳 状态和新相生成。 了解固体表面上的吸附作用，等温吸附，溶液表面的吸 附和表面活性物质。
第八章 界面现象 前言：
自然界的物质有三种相态,三种相态相互接触可以 产生五种界面。所谓界面即是：两相的接触面。表面： 与气体的接触面。 物质的存在状态：
（3）压力的影响
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相 密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相 中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加，气体溶解度 增加，也使表面张力下降。
8.1 界面张力 4.影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成的化学键 能的大小，一般化学键越强，表面张力越大。
(金属键)>
(离子键)>
(极性共价键)> (非极性共价键)
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间。 （2）温度的影响 温度升高，表面张力下降。
因为
运用全微分的性质，可得：
S ( )T , P,nB ( ) A,P,nB A T
等式左方为正值，因为表面积增加，熵总是增加的。所 以 随T的增加而下降。
8.1 界面张力 Ramsay和Shields提出的 与T的经验式较常用:
Vm2/3 =k（Tc-T-6.0）
式中Vm为摩尔体积，k为普适常数，对非极性液 体，k =2.2×10-7 J· K-1 。
γ可理解为：使液体增加单位表面时环境所需作的可逆功， 称比表面功。 单位：J · m-2。
8.1 界面张力
因为，恒温，恒压下，可逆非体积功，等于系统的吉布斯 函变：
δ Wr' dGT, p γ dAs
所以：
G δWr' F γ dAs 2l As T, p
第八章 界面现象 液-液界面
第八章 界面现象 液-固界面
第八章 界面现象 固-固界面
第八章 界面现象
日常自然界中许多现象与界面的特殊性质有关，例如： 1.汞在光滑的玻璃上呈球形，在玻璃管中呈凸形。 2.水在光滑的玻璃上完全铺展，在玻璃管中上升，呈凹形。 3. 固体表面会自动吸附其它物质。
4. 微小液滴更易于蒸发。
产生表面（界面）现象的原因是什么？
是由于当物质被高度分散时，界面的质量与体相相比不可 忽略，界面的作用很明显。
第八章 界面现象
例 ：
直径为 1cm的 球型小水滴
分成 1018个
直 径 10nm 的 圆球形小液滴
表面积： 3.1416cm
2
表面积相 差 106倍
总表面积 314.16m2
物质的分散度用比表面积 as 表示，它的定义为 物质的表面 积 As 与质量 m 的比： As 2 -1 as 单位：m · kg
8.1 界面张力
肥皂膜 l
dx
无摩擦、可自由活动
F
F 2 γ l 即 F 中 即为表面张力 γ 2l
另一方面，当用外力F，使金属丝向下移动 dx ，皂膜面 积增大dA，则表面张力作可逆表面功：
8.1 界面张力
肥皂膜 l
dx
无摩擦、可自由活动
F
δ' Wr' Fdx 2γ l dx γ dAs δ Wr' γ dAs
下标中 nB(a) 表示各相中各物质的量均不变。
8.1 界面张力
在恒温、恒压、各相中各种物质的量不变时，可逆非体积功 为：
dG γ dAs
若表面张力不变，积分得：
G γ As
s
若有多个表面：
G γ A
s i i
i s
8.1 界面张力 3. 界面张力与温度的关系
温度升高，界面张力下降，当达到临界温度Tc时，界面 张力趋向于零。这可用热力学公式说明：
界面类型
气—液界面 固—气界面 液—液界面 固—液界面 固—固界面 表面现象
气 液 固
第八章 界面现象
界面不是接触两相间的几何平面！界面有一定的厚 度，所以有时又称界面为界面相 。
A 相
相 界 面
特征：几个分子厚、 结构与性质与两侧 体相均不同
B 相
第八章 界面现象
常见的界面有：
气-液界面
第八章 界面现象 气-固界面
dU TdS pdV μB( α )dnB( α ) γdAs
α B
dH TdS Vdp μB( α )dnB( α ) γdAs
α B
dA SdT pdV μB( α )dnB( α ) γdAs
α B
8.1 界面张力
G U γ As T, p, nB( α ) As S,V, nB( α ) H A As S, p, nB( α ) As T,V, nB( α )
m 也称为表面吉布斯函数。单位 J ·
等于系统增加单位面积时，吉布斯函数的增加，所以， -2
表面张力、单位面积的表面功、单位面积的表面吉布斯 函数三者的数值 、量纲等同，但它们有不同的物理意义，是 从不同角度说明同一问题。
8.1 界面张力
如果在金属线框中间系一线圈，一 起浸入肥皂液中，然后取出，上面形成 一液膜。 (a) 由于以线圈为边界的两边表面张力 大小相等方向相反，所以线圈成任意形 状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈内 (b) 侧张力消失，外侧表面张力立即将线 圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的显 示出表面张力的存在。
8.1 界面张力
2. 热力学公式
对一般多组分体系，未考虑相界面面积时：
G f (T, p,nB , nC , nD )
dG SdT Vdp μB (α)dnB (α)
α B
dU TdS pdV μB (α)dnB (α)
α B
dH TdS Vdp μB (α)dnB (α)
8.1 界面张力
液体内部分子对它的吸引力， 远远大于液面上蒸气分子对于它的 吸引力。使表面层分子受到指向液 体内部的合力。 因而液体表面的分子总是趋向 移往液体内部，力图缩小表面积。 所以液体表面如同一层绷紧了的富有弹性的橡皮膜。这 即是为什么小液滴总是呈球形，肥皂泡要用力吹才能变大 的原因：因为球形表面积最小，扩大表面积需要对系统作 功。
m
8.1 界面张力 1.液体的表面张力，表面功及表面吉布斯函数
物质表面层的分子与体相中分子所处的力场是不同的。以气 -液表面分子与内部分子受力情况为例，如左下图。
液体内部的任一分子， 皆处于同类分子的包围之 中，平均来看，该分子与 周围分子间的吸引力是球 形对称的，各个方向上的 力彼此抵消，其合力为零。 然而表面层的分子处于不 对称的环境中。