8液体的表面张力现象详解

接触角：在液体、固体壁和空气交界处做液体表面的 切面，此面与固体壁在液体内部所夹的角度就称为这种液 体对该固体的接触角。
q 角为锐角时，液体润湿固体; q 角为钝角时，液体不 润湿固体；如果q = 0，液体将延展在全部固体表面上，这 时液体完全润湿固体；如果q = 180º，则液体完全不润湿固
体。水润湿玻璃，故其接触角是锐角，水与洁净的玻璃润
22:34
15
3、毛细管公式
根据流体静力学原理和弯曲液面下 的附加压强公式，液体在毛细管中上升 （或降低）的高度为：
h 2a cosq gr
此式表明，毛细管中液面上升高度与液体的种类（它决定液
体的密度和表面张力系数a）、组成毛细管的材料（接触角 q与其有关）及管径有关。
22:34
16
22:34
22:34
1
22:34
2
许多现象表明，液体表面具有自动收缩的趋势，液面 的周界上受到一个拉力F，此力
3
二、表面张力和表面张力系数
在液体表面内任一截线两边， 相邻两部分液面之间存在相互作 用的拉力，此力与截线垂直并与 该处液面相切，这种力称为液体 的表面张力。表面张力是液体表 面的内力，通常把液面与固体周 界之间相互作用的拉力也叫表面 张力。因为此力跟粘附在固体周 界上的液体表面与相邻液面之间 的内力在数值上是相等的。
湿程度最大, q = 0。水银不润湿玻璃，接触角为钝角，数值 为q = 138º。
22:34
12
润湿和不润湿现象的产生，主要是由于液体分子间的 引力与固体分子与液体分子间的相互引力间的强弱对比不 同所引起的。在液体与固体接触处，沿固体壁有一层液体 称为附着层，其厚度等于液体分子间引力的有效作用距离 或液体分子与固体分子之间引力的有效作用距离。在附着 层中，液体分子受固体分子引力的合力称为附着力，受其 余液体分子引力的合力称为内聚力。当内聚力大于附着力 时，附着层内较多的液体分子被吸引到液体内部，这与液 体自由表面相类似，附着层有收缩倾向，呈现不润湿现象。 当附着力大于内聚力时，分子在附着层中的势能比在液体 内部要低得，更多的分子进入附着层，使附着层有伸张倾 向，即液体沿固体表面扩展，呈现润湿现象。
22:34
13
22:34
14
2、毛细现象
由于液体对固体的润湿或不润湿，在液体表面与固体的 接触处形成一定的接触角，所以盛在各种容器里的液体的表 面都不是真正的平面。在狭窄的容器，如毛细管中，液体的 表面成为一个弯月面，由表面张力造成的附加压强显著，使 得管中的液面升高或降低，这种现象称为毛细现象。
22:34
8
三、弯曲液面下的附加压强
实验事实表明，由于表面张力的作用，使弯曲液面内无 限接近液面处液体的压强P与液面外的压强P0之间存在着压 强差，此压强差
ΔP = P−P0 称为弯曲液面下的附加压强。实验表明，在液面外同样是大 气压强P0的情况下，凸液面内的压强大于液面外的压强，而 凹液面内的压强小于液面外的压强，且液面曲率半径越小， 所产生的附加压强越大。
§8.2、液体的表面性质
一、液体的表面张力现象
液体与空气接触形成表面层，其 厚度的数量级与分子力作用球半径的 数量级相同。由于表面层内分子受力 情况不同与液体内部，使得液体表面 具有一种不同于液体内部的特殊性质， 即液体内部相互液体间的相互作用力 表现为压力，而液体表面相邻液面的 相互作用力表现为张力。因此，液体 的表面有许多不同于液体内部的独特 的现象，称为表面张力现象。
肥皂泡越小，附加压强越大。
22:34
10
四、毛细现象及毛细管公式
1、润湿与不润湿
润湿：一种液体滴在某种干净的固体表面上能够扩散开 来，就说该液体润湿该固体。
不润湿：如果液体滴在某种干净的固体表面上总是近似 呈球形，且极易滚动，就说该液体不润湿该固体。
22:34
11
不同液体对不同固体的润湿程度是不一样的，为表明 这种润湿的程度，引入接触角的概念。
22:34
5
部分液体的表面张力系数
22:34
6
水在不同温度下的表面张力系数
22:34
7
此外，表面张力还与液体所含杂质有关，有的杂质能 使液体表面张力系数减小，能使表面张力系数减小的物质 称为表面活性物质，例如皂类、洗涤剂等就是表面活性物 质。在冶金工业上，为了促使液态金属结晶速度加快，常 在其中加入少量的表面活性物质（如在钢水中加硼）。
17
22:34
18
22:34
9
考察球形液面，由表面张力的定义：
df 2ra
df1
2ra
sin
2ra
r R
2r 2a
R
p
p0
df1 S
2r 2a R r 2
2a
R
球形液面下的附加压强公式：
p
p0
2a
R
球形液面附加压强的大小，取决于表面张力系数α（与液体 种类有关）和球半径R的数值。
不难看出，半径为R的球形肥皂泡内外压强差为4a /R，
22:34
4
表面张力可以由实验测定。实验事实表明，表面张力 f 的大小与液面的周界（或截线）长度 l 成正比，即
f al
式中比例系数a 称为表面张力系数，其数值等于液面上作用
在每单位长度截线（或周界）上的表面张力。注意对液膜 来说有两个表面。
表面张力系数a 的大小主要由物质种类决定。一般说来， 易挥发的液体a 值小，还跟与液体相邻的物质种类以及液体 温度有关，液体温度越高，a 值越小。