液体的表面层现象

第三节液体的表面层现象
液体的性质：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当量分子之间的距离大于r0，而小于10-9m时，也就是说分子间的距离在10-10 m -10-9 m之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10-9 m，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10-9m的球，只有球内的分子才对球心的分子由作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。

而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。

表面层处于液体与气体、固体接触，因而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。

首先来看：
一、液体的表面张力表面能
1.现象掉在桌面的水银会缩成小球状，落在树叶上的露水会形成珠状，在水面上放一枚小硬
币，硬币会浮在水的表面。

——相同的体积的物体来说，球的表面积最小
◆肥皂膜使软线绷紧的演示：
完整的肥皂泡棉线自由分布，刺破后棉线张紧说明：液面像紧绷的橡皮膜具有弹性，液
面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面。

2、表面张力
（1）表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。

(2)表面张
力产生的原因
①从分子运动论观点说明
当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。

如果我们在液体内部任取一分子A ,以A为球心，以分子有效作用半径R 为半径作一球，称为分子作用球。

这样球外分子对A无作用力，只有球内分子对A 的作用力
液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。

在液体内部和表面层分别取两个分子A 和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。

对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。

对B分子来说：它处于液面下厚度为R的所谓表面层中,分子B的情形就不同了。

B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。

但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。

这样，处于表面层中的液体分子总是缺少一部分分子对它的引力作用，因而分子B所受的引力作用不再是球对称的了，合力不再等于零。

如图：由于球体是左右对称，上下不对称的，所以对于A分子所受的其他分子的作用力在水平方向上的分力相互抵消，合力方向应该为垂直液面向下的。

任取，对其他的分子也适用。

也就是说，处于表面层中的液体分子都受到垂直于液面并指向液体内部的力的作用。

在这些力作用下表面层内的所有液体分子均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势,从而把表面层紧紧拉向液体内部。

在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。

当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。

A:球内液体分子 合力为0
球内液体分子
B 气体分子——忽略
② 从能量观点来分析
由于表面层中的液体分子都有指向液体内部的拉力作用，所以任何液体分子在进入表面层时都必须反抗这种力的作用，也就是把分子从液体内部移到表面层，需克服 分子力 作功，必须给这些分子以机械功;外力作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区; 表面层中所有分子高出内部分子的那部分势能的总和，称为液体的表面能，用E 表示。

任何一个系统，当它处于稳定状态时，系统的能量必定是最低的。

因此，一个液体系统在稳定状态下应具有最低的表面能。

这就要求液体表面层中应包含尽可能少的分子，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，从而使液体系统具有尽可能小的表面积，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。

原因同样是：当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。

原因是：当自由表面收缩时，在收缩的方向上必定有与收缩方向相反的作用力，这种力称为表面张力。

不仅液气分界面，液体间、固液体间都可能产生表面张力，有时候也说，只要有分界面、有液体就会产生表面张力。

表面张力的。