表面张力
表面张力现象
在高压条件下,物质内部的密度和分子间相 互作用力发生变化,导致表面张力发生变化。
在低压或真空条件下,气体分子间的距离增 大,相互作用力减弱,导致表面张力减小。
04
表面张力现象的应用
工业制造
微电子制造
表面张力在微电子制造中用于控 制液体的流动和表面形貌,例如 在晶片清洗、表面涂层和光刻过
程中。
金属加工
非极性分子
非极性分子在表面更倾向于形成无序 排列,降低表面张力。
表面活性剂
降低表面张力
表面活性剂分子具有两亲性,一端亲水,一端亲油,能够降低油水界面张力,从而降低整个系统的表面张力。
改变界面性质
表面活性剂能够改变界面上的分子排列和性质,影响表面张力的变化。
压力
高压下表面张力变化
低压下表面张力变化
在金属加工过程中,表面张力用于 控制熔融金属的流动,以制造出具 有特定形状和质量的金属部件。
化学工业
在化学工业中,表面张力用于指导 液体的流动和分离过程,例如在萃 取、蒸馏和结晶过程中。
生物医学领域
生物芯片
表面张力在生物芯片的制造中起到关键作用,它能够控制生物分 子的排列和反应,从而提高检测的灵敏度和特异性。
03
影响表面张力现象的因素
温度
温度升高,表面张力降低
随着温度的升高,分子间的平均动能增加,导致表面分子间的相互作用力减弱, 从而降低表面张力。
温度降低,表面张力增加
随着温度的降低,分子间的平均动能减小,表面分子间的相互作用力增强,导致 表面张力增加。
物质性质
极性分子
具有强极性的分子在表面更容易形成 定向排列,增加表面张力。
土壤修复
表面张力有助于控制土壤中污染物的 迁移和分布,为土壤修复提供新的思 路和方法。
表面张力及影响因素
生物医学
在生物医学领域,表面张力可用于研究生物膜的结构和功能,以及细胞与 表面的相互作用。
在医疗器械的设计中,表面张力可影响医疗器械的润湿性和生物相容性, 从而影响医疗器械的使用效果和安全性。
在药物传递系统中,表面张力可影响药物的释放和吸收,从而影响药物的 疗效和副作用。
表面张力的大小反映了液体的湿润性,即液体的粘附力、 抗拉力和抗压力等性质。
表面张力还与液体的蒸气压、气液界面传质、界面电场等 性质密切相关,在化学、物理、工程等领域有广泛应用。
02
CHAPTER
表面张力影响因素
温度
温度对表面张力的影响
随着温度的升高,大部分液体的表面张力会减小,但有些液体的表面张力会先 减小后增大。
成、分离、纯化等方面的应用。
03
探索表面张力在生物医学领域的应用
未来可以探索表面张力在生物医学领域的应用,例如表面张力在细胞生
长、药物传递等方面的作用,为生物医学研究提供新的思路和方法。
THANKS
谢谢
表面张力与界面现象、物质性质、生 物医学等领域密切相关,因此具有广 泛的应用前景。
研究难点
表面张力与界面现象的复 杂性
表面张力与界面现象密切相关,但界面现象 的复杂性使得研究表面张力变得困难。
实验测量技术的局限性
目前实验测量表面张力的方法存在误差较大、测量 精度不高等问题,需要发展更精确的测量技术。
环境科学
01
在环境科学领域,表面张力可 用于研究水体表面的蒸发和凝 结过程,以及污染物在表面的 吸附和扩散等。
02
在水处理技术中,表面张力可 用于改善水的润湿性和分离效 果,从而提高水处理的效率和 效果。
表面张力的定义和成因
表面张力的定义和成因表面张力,也称作液体表面张力,是一种物理现象,指的是液体表面受到的内部分子相互作用力导致的抗拉性质。
简单来说,它就是液体表面上能够阻挡外部物体侵入的一种力量。
表面张力的单位是N/m(牛/米),通常以γ表示。
在实际应用中,人们常利用表面张力的原理来进行二次封装或制备材料,同时也可以用于分离纯化杂质和碎片。
接下来,我们将从定义和成因两个方面来探讨表面张力。
一、表面张力的定义表面张力定义为:液体表面上的单位长度作用在表面上的内部分子相互作用力。
换句话说,它是液体表面上一小段的长度所受到的拉力与该长度的比值。
想象一下,在一杯水表面上,如果你轻轻地放一根鬼火棒(木棍)跨越表面,你会感受到一定的抵抗力,这就是表面张力。
这种力不仅存在于水中,还存在于所有形态的液体表面上。
二、表面张力的成因表面张力的成因与液体内部分子之间的相互作用有关。
液体内部的分子一般由 London 引力和 van der Waals 引力相互吸引,这种内部吸引力可以保持整个液体的内部凝聚。
然而液体分子和外部分子之间的相互作用力却不同。
液体表面的分子由于周围的分子数量会减少,所以表面张力是表面分子间相互吸引的结果。
液体内部的分子可以相互吸引,但它们是近乎等距离排列的,所以它们对整体凝聚没有影响。
具体而言,液体表面分子间的相互吸引力较强,这种吸引力容易形成一个膜状的分子结构,防止外部分子进入液体,这就是所谓的表面张力。
表面张力可以通过下面公式求得:γ = F/l其中γ为表面张力,F为液体表面上的内部相互作用力,l为表面上的单位长度。
总而言之,表面张力是液体表面所受到的内部分子相互作用力的结果。
了解表面张力的成因和定义,可以在实际运用中更好地掌握这个物理现象,创造更多的可能。
表面张力和表面自由能
在一定条件下,表面张力与表面自由能的变化可 03 以相互转化。
表面张力和表面自由能的应用领域
在化学工程领域,表面张力和表面自由能可用于 研究化学反应过程中物质表面的变化。
在材料科学领域,表面张力和表面自由能可用于 研究材料表面的润湿性、吸附性能等。
物质种类对表面张力和表面自由能的影响
总结词
不同物质具有不同的分子结构和性质,因此其表面张力和表 面自由能也存在差异。
详细描述
一般来说,非极性物质的表面张力较小,而极性物质的表面 张力较大。同样,非极性物质的表面自由能较小,而极性物 质的表面自由能较大。此外,物质表面的粗糙度、吸附物质 等也会影响其表面张力和表面自由能。
01 表面张力是表面自由能的一种表现形式,它反映 了液体表面抵抗形变的能力。
02 表面自由能是物质表面所具有的能量,它由表面 张力和微观结构共同决定。
02 表面张力的大小与表面自由能成正比,即表面张 力越大,表面自由能越高。
表面张力与表面自由能在物理现象中的作用
表面张力在液体表面的波动、浸润、吸附等物理 01 现象中起着重要作用。
表面自由能物理意义
表面自由能是物质表面分子间相互作用的重要体现,它决定了物质表面的润湿性 、吸附性、凝聚和分散等性质。
在实际应用中,表面自由能的大小对工业生产、环境保护和生物医学等领域都有 重要影响,例如在材料科学、化学工程、生物医学工程等领域中都有广泛的应用 。
表面张力和表面自由能的关
03
系
表面张力与表面自由能的关系
在化妆品行业中,表面张力对化妆品的质地和持久度有着 重要影响。通过控制表面张力,可以优化化妆品的性能, 提高使用效果和舒适度。
表面张力的测定
05 数据记录与处理
数据记录
实验前准备
记录实验日期、实验环境温度和湿度、实验人员等信 息。
实验过程
详细记录实验步骤,包括使用的仪器、试剂、溶液的 浓度和体积等。
实验后处理
记录实验后样品的状态、处理方式以及废弃物处理方 式等信息。
数据处理
数据清洗
表面张力的大小反映了液体分子间的相互吸引力。
03
表面张力单位
01 表面张力通常用牛顿(N)或达因(dynes)作 为单位。
02 1牛顿等于100达因,是国际单位制中的标准单位。 03 在实际应用中,测量表面张力时通常使用达因单
位,因为它更小,更适合表示较小的数值。
表面张力影响因素
温度
温度对表面张力有显著影响, 一般来说,温度升高会使表面
3
未来研究方向
提出进一步研究的方向和重点,如改进实验方法、 研究其他因素对表面张力的影响等。
THANKS
步骤五
记录表面张力计的读数,并重 复实验以获得多次测量结果。
实验操作
操作一
确保实验环境干净整 洁,避免灰尘和杂质 的干扰。
操作二
使用恒温水槽控制温 度,确保实验温度稳 定且符合要求。
操作三
使用天平称量试样时, 要保证精度和准确性。
操作四
在倒入表面张力计的 样品池时,要缓慢且 平稳,避免产生气泡。
操作五
表面张力的测定
目录
Contents
• 表面张力定义 • 表面张力测定方法 • 实验材料与设备 • 实验步骤与操作 • 数据记录与处理 • 结果分析与结论
01 表面张力定义
表面张力定义
01
表面张力是什么意思?
表⾯张⼒是什么意思?
表⾯张⼒是液体分⼦所表现出的内聚⼒,这种⼒使得液体表⾯能够在⼀定程度上抵抗施加在其之上的外⼒。
正是由于表⾯张⼒,尽管硬币或者针的密度⼤于⽔,但它们可以浮在⽔⾯上。
之所以液体具有表⾯张⼒,是因为液体分⼦之间存在相互吸引的作⽤。
在液体中,每⼀个分⼦都被其他分⼦包围着,并且每⼀个分⼦都相互吸引着周围的分⼦,从⽽使分⼦所受的合⼒为零。
然⽽,液体表⾯的分⼦并没有完全被其他分⼦包围着。
它们会更强烈地吸引附近的其他分⼦,从⽽产⽣表⾯张⼒。
液体的表⾯就像⼀层薄膜,⼀直有保持⾃⾝完整性的倾向。
由于表⾯张⼒的存在,⽔滴才会形成,并且这种⼒也使空⽓在液体中形成⽓泡。
当液体表⾯的分⼦拉着表⾯的其他分⼦时,液体会倾向于形成球体。
⽽在没有重⼒的情况下,液滴会形成完美的球体。
这是因为球体是⼀个给定体积具有最⼩可能表⾯积的形状。
在现实中,⾬滴并没有呈现出完美的球形,这是因为地球引⼒对⾬滴产⽣向下的拉伸作⽤。
表⾯张⼒往往⾮常微弱,所以液滴很容易被重⼒或其他外⼒所扭曲。
尽管液体的表⾯张⼒很⼩,但有些动物,⽐如黾蝽,能够依靠这种⼒在⽔⾯上⾏⾛,⽽不会下沉。
表⾯张⼒的单位通常为达因/厘⽶或者毫⽜/⽶(达因是⼀种⼒的单位,1⽜顿等于10万达因),表⽰在单位距离上打破某⼀液体表⾯所需⼒的⼤⼩。
表⾯张⼒的⼤⼩取决于液体以及温度等其他因素。
例如,在20摄⽒度时,⽔的表⾯张⼒(界⾯为⽔-空⽓)为72.9达因/厘⽶,⽔银表⾯张⼒(界⾯为⽔银-空⽓)为486.5达因/厘⽶。
⽽在30摄⽒度时,⽔银的表⾯张⼒变为484.5达因/厘⽶。
第二章 表面张力和三个公式
1. 用表面自由能计算: dx
肥皂膜
F l
W= 自由能 A = 自由能·2l·dx
12
2.1 表面张力和表面自由能
2. 用表面张力计算 肥皂膜保持张力平衡:
F 2 l
(肥皂膜有两个表面)
F 肥皂膜
W Fdx 2 表面张力 l dx
显然:
自由能 表面张力
f K max
r0 / C
20
式中r。为分子半径。
2.2 固体表面应力和表面能
上式表示材料中裂缝尺寸对抗拉强度的影响,裂缝尺寸越大,与理论最 大强度的偏差也越大。可见,决定材料强度的不是总孔隙率而是孔结构 特性。 英国学者布雷恰(Brichall)等人通过试验,提出一个观点:决定材 料强度的关键在于材料中某种尺寸以上的大孔所占的比例,大孔所占的 比例越少,最大尺寸孔的孔径越小,则强度越高,根据这个观点及所得 实验结果,他们配制了一种被称为MDF(Macro—Defect—Free) 水泥,用 这种水泥制得的水泥系材料抗折强度在100MPa以上,总孔隙率达15%左 右,并且使一般水泥系材料的脆性得到根本的改变,满足于轻质高强多 功能的要求。可以认为,由于这种材料中所含的孔隙的尺寸一般小于几 十个μ,正处于长程力的作用范围,因此,这样的孔对强度无妨碍,对 改性却有益。无机非金属材料大多数是多孔材料,因此正确的途径不在 于一味降低总孔隙率,而是要通过原材料选择及适当的工艺措施使孔缝 f 细化、均匀化。 K r 0 / C 21 max
15
2.2 固体表面应力和表面能
1. 表面张力 为使新产生表面上的原子停留在原来的位置上,相当于对该原子施加一 个外力,我们定义每单位长度上施加的外力为表面应力,用符号τ表 示。并定义固体表面的表面张力(作为表面张力的力学意义)由下式表 示:
表面张力
表面张力(1)定义或解释①促使液体表面收缩的力叫做表面张力[1]。
②液体表面相邻两部分之间,单位长度内互相牵引的力。
(2)单位表面张力的单位在SI制中为牛顿/米(N/m),但仍常用达因/厘米(dyn/cm),1dyn/cm = 1mN/m。
(3)说明①表面张力的方向和液面相切,并和两部分的分界线垂直,如果液面是平面,表面张力就在这个平面上。
如果液面是曲面,表面张力就在这个曲面的切面上。
②表面张力是分子力的一种表现。
它发生在液体和气体接触时的边界部分。
是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。
液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的,分子间经常保持平衡距离,稍远一些就相吸,稍近一些就相斥,这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散,而只能在平衡位置附近振动和旋转。
在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用,受力不均,使速度较大的分子很容易冲出液面,成为蒸汽,结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。
相对于液体内部分子的分布来说,它们处在特殊的情况中。
表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小,在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。
因此,如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分。
F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力,F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力,这两部分的力一定大小相等、方向相反。
这种表面层中任何两部分间的相互牵引力,促使了液体表面层具有收缩的趋势,由于表面张力的作用,液体表面总是趋向于尽可能缩小,因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。
③表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。
可写成F=σL或σ=F/L。
比值σ叫做表面张力系数,它的单位常用dyn/cm。
在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
液膜表面张力系数=液膜的表面能/液膜面积=F表面张力/(2*所取线段长)。
表面张力系数与液体性质有关,与液面大小无关。
表面张力
液体及其表面张力基本知识一、表面张力表面张力系数定义1表面张力系数定义2表面张力系数定义3例题1水和油边界的表面张力系数为α=1.8×10-2 N/m ,为了使1.0×10-3 kg 的油珠在水内散成半径为r =10-6 m 的小油滴,若油的密度为900 kg/m 3,问至少做多少功?影响表面张力系数的因素球形液面内外的压强差例题2将压强为p 0=1atm 的空气等温地压缩进肥皂泡内,最后吹成半径为r=2.5cm 的肥皂泡,求吹肥皂泡过程中所需做的功。
已知肥皂液的表面张力系数为4.5210-⨯N/m二、液体与固体接触处的表面现象三、毛细现象巩固1在20平方公里的湖面上,下了一场50mm的大雨,雨滴的半径r=1.0mm.。
设温度不变,求释放出来的能量。
2图是测表面张力系数的一种装置,先将薄铜片放入待测液体中,慢慢提起铜片,使它绝大部分都露出液面,刚要离开但还没有离开液面,测得此时所用的上提力f,既可测得表面张力系数。
设测液体与铜片的接触角θ=0,铜片的质量=5.0×10-4㎏,铜片的宽度L=3.977×10-2m,厚度d=2.3×10-4m,f=1.07×10-2N,求液体表面张力系数。
3一球形泡,直径等于1.0×10-5,刚处在水面下,如水面上的气压为1.0×105N·m-2,求泡内压强。
已知水的表面张力系数α=7.3×10-2N·m-14一个半径为1.0×10-2m的球形泡,在压强为1.0136×105N·m-2的大气中吹成。
如泡膜的表面张力系数α=5.0×10-2N·m-1,问周围的大气压强多大,才可使泡的半径增为2.0×10-2m?设这种变化在等温情况下进行的.5在深为h=2.0的水池底部产生许多直径为d=5.0×10-5m的气泡,当他们等温地上升到水面上时,这些气泡的直径多大?水的表面张力系数α=7.3×10-2N·m-1.6将少量水银放在两快水平的平玻璃板间.问什么负荷加在上板时,能使两板间的水银厚度处处都等于1.0×10-3m2?设水银的表面张力系数α=0.45N·m-1.,水银与玻璃角θ=135o.7在如图8-7所示的U形管中注以水,设半径较小的毛细管A的内径r=5.0×10-5m,较大的毛细管B的内径R=2.0×10-4m,求两管水面的高度差h.的表面张力系数为a=7.3×10-2N·m.8在内径为R1=2.0×10—3m的玻璃管中,插入一半径为R2=1.5×10—3m的玻璃棒,棒与管壁间的距离是到处一样的,求水在管中上升的高度.已知水的密度 103kg/m3,表面张力系数α=7.3×10—2N·m —1,与玻璃的接触角θ=0.9玻璃管的内径d=2.0×10-5m,长为L=0.20m,垂直插入水中,管的上端是封闭的.问插入水面下的那一段的长度应为多少,才能使管内外水面一样高?已知大气压P0=1.013×105N·m-2,水的表面张力系数=7.3×10-2N·m-1,水与玻璃的接触角.10将一充满水银的气压计下端浸在一个广阔的盛水银的容器中,读数为p=0.950×105N·m-2.(1)求水银柱高度.(2)考虑到毛细现象后,真正的大气压强多大?已知毛细管的直径d=2.0×10-3m,接触角π,水银的表面张力系数α=0.49N·m-1.(3)若允许误差 0.1%,求毛细管直径所能允许的极小值.11两铅垂玻璃平板部分浸入水中,设其间距为d=0.50mm,问两板间的水上述的高度h为多少,已知水的表面张力系数α=7.3×10—2N·m—1,与玻璃的接触角θ=0.12在半径r=0.30mm的毛细管内注入水,在管的下端形成一半径R=3.0mm的水滴,求管中水柱的高度。
表面张力计算公式物理
表面张力计算公式物理
表面张力是一种使物体表面保持平整的力,这种力可以使物体表面不会撕裂或收缩。
表面张力的大小取决于物体表面的材料和温度,以及与该物体接触的介质的性质。
表面张力的计算公式通常使用 Laplace-Young 方程,它的形式如下:F = γ / r
其中:
F 是表面张力的大小,单位是牛。
γ是物体表面的润湿势能,单位是牛 / 厘米。
r 是物体表面的半径曲率,单位是厘米。
在这个公式中,润湿势能γ是物体表面和相邻介质之间的相对能量,即物体表面与介质的相互作用势能。
这个值取决于物体表面的材料和温度,以及与该物体接触的介质的性质。
物体表面的半径曲率 r 是指物体表面的弧线半径。
如果物体表面是一个平面,则半径曲率 r 为无穷大。
如果物体表面是一个凹面,则半径曲率 r 为负数。
如果物体表面是一个凸面,则半径曲率 r 为正数。
根据这个公式,当物体表面的润湿势能γ增大时,表面张力 F 也会增大。
同时,当物体表面的半径曲率 r 减小时,表面张力 F 也会增大。
在实际应用中,表面张力通常用来计算物体表面上的液体的行为,例如液体的蒸发、滴落等。
例如,可以使用表面张力来计算液滴在物
体表面上的轮廓线,以及液滴滴落过程中的速度和加速度等。
此外,表面张力也可以用于研究物体表面的粘附性能,例如物体的黏性、粘着力等。
总之,表面张力是一种重要的物理量,在许多工程和科学领域中都有广泛应用。
表面张力定义
表面张力定义表面张力定义:在两相摩擦的固体表面,各分子层之间的引力可以与此相抵消,所形成的一个张力。
其大小与相对运动速度有关。
一般来说,物体越小,表面越大,表面张力也越大。
但也有例外情况,比如说,硬质合金或非晶态固体,由于它们没有表面层,表面张力很小。
表面张力是指液体或气体分子(或原子)的吸引力,也称为表面张力。
这种力起源于水分子间的相互作用。
当固体表面同样存在着分子引力时,固体表面就同样具有了一种使表面层的水分子拉向该固体的内部,从而产生了表面张力的作用。
这种引力与分子的运动无关,是分子间的作用力。
同一液体或气体在温度不同时,分子的热运动也不同,因而具有不同的表面张力。
温度升高,分子热运动剧烈,固体表面和内部之间的距离增大,则表面张力减小。
反之,温度降低,分子热运动削弱,固体表面和内部之间的距离缩小,则表面张力增大。
(1)表面活性剂和其他添加剂都不能降低溶液的表面张力,而它们的加入往往会导致凝聚。
因为它们会形成胶束或吸附,把液滴表面的水拉到溶液内部,而减少了液滴表面的相互作用。
(2)有机化合物对溶液的表面张力几乎没有影响,而其它人造有机化合物的加入却可以使它变得不稳定。
(3)油脂、蛋白质等类物质既可以吸附在固体表面上,也可以被这些物质所润湿。
油脂在常温下可能是液态,但是在低温时,它可能变成固体或半固体。
这时,它就表现出一种表面张力,即由分子间引力所支配的液体的表面张力。
(4)乳化是靠水溶性的表面活性剂所进行的。
一旦形成乳状液,表面张力就会降低。
乳化是利用它在极性分子之间的作用,从而增加这些分子的亲水性。
通常,表面活性剂的亲水基团位于极性的烃链上。
第一章表面张力
(不互溶)、液-固、固-气、固-固。
• 若其中一相为气相:固-气、液-气,通常把这种界面 称为表面。
• 凡在相界面上发生的一切物理化学现象称为界面现象 或表面现象。
液体内部的分子或原子处 于力的平衡状态,而表面 层上的分子或原子受力不 均匀,结果产生指向液体 内部的合力,这就是表面 张力产生的根源。
可见,表面张力是质点(分子,原子 等)间作用力不平衡引起的。
日常生活中,我们常常观察到一个固体表面的液滴 因固体材料种类的不同,呈现多种多样的形态,概 括来说,有四种:
影响表面张力的因素
• 熔点 • 温度 • 溶质元素
表面活性元素
能够显著降低溶剂表面张力的物质 可起润湿,渗透,净洗,分散,乳化, 等作用
表面张力的单位是什么
1、表面张力的单位是mN/m。
水等液体会产生使表面尽可能缩小的力,这个力称为“表面张力”。
清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴,都是在表面张力的作用下形成的。
此外,水黾之所以能站在水面上,也是由于表面张力的作用。
2、要求出表面张力的大小可在液体表面上画出一个任意的面积元。
设此面积元每个边长都是l,表面其他部分垂直作用在每一边上的张力为F,于是表面张力σ为:表面张力垂直于此面积的周边,其大小以每厘米多少达因来表示(1达因/厘米=10-3牛顿/米)因此,表面张力的量纲是MT-2。
材料表面张力
材料表面张力
材料表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
通常,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受的力是不同的。
在液体与气体接触的表面,围绕着液体表面存在着一个薄层,其中分子间的距离比液体内部的小,分子间的相互作用表现为引力。
就像你要把弹簧拉开一样,你对液面施加力,就会产生一个反作用力,这就是表面张力。
影响材料表面张力的因素包括液体性质、温度、压力、液体的蒸气压等。
其中,液体的性质是最主要的因素。
表面张力及影响因素
T
S s A
T , p,nis
g
g
T
g s
T
A, p,nis
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表面熵和表面总能
显然,上式右方第一和第二项分别代表扩展单位表面
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2019/10/26
界面张力与温度的关系
Ramsay和Shields提出的 g 与T的经验式较常用:
gVm2/3 =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 。
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2019/10/26
影响表面张力的因素
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2019/10/26
表面张力(surface tension)
如果在活动边框上挂一重物,
使重物质量W2与边框质量W1所产生的 重力F(F=(W1+W2)g)与总的表面
张力大小相等方向相反,则金属丝
不再滑动。
这时
F 2g l
l是滑动边的长度,因膜有两个
面,所以边界总长度为2l,g 就是作
等式左方为正值,因为表面积增加,熵总是增加
的。所以 g 随T的增加而下降。
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2019/10/26
表面熵和表面总能
表面熵 是指在等温等压下,一定量的液体增加单位表面
积时熵的增量。 Ss
表面张力及表面张力热力学定义
2.2 表面张力的热力学定义
• 令Gs为单位面积的自由焓,简称比表面自由焓, A为总表面积,则总表面自由焓为:
G=GsA
• 代入式(2-11)
可得:
24
2.2 表面张力的热力学定义
•对纯液体:表面改变时并不引起表面结构分子间平均 距离及排列情况的变化,所以:
•因此:单组分液体的表面张力等于比表面自由焓。
25
2.2 表面张力的热力学定义
例:试求25℃,质量m=1g的水形成一个球形水滴时的表 面自由能E1。若将该水滴分散成直径2nm的微小水滴, 其总表面能E2又是多少?(已知25℃时水的比表面自 由焓Gs为72×10-3 J*m-2)
• G=GsA
26
2.2 表面张力的热力学定义
• 解:设1g水滴的体积为V,半径为r1,表面积为A1, 密度为ρ,则:
5.下列说法中正确的是( ) A.对于一个稳定的液面来说,其表面积不变,液面不再存在表面 张力; B.对于一个稳定的液面来说,当有物体压缩液面或拉伸液面,其表 面积发生变化时,液体才存在表面张力; C.对于任何一个液面,不管其表面积变化与否,均存在表面张力; D.对于任何一个液面,均不存在表面张力,有些物体能停在液面 上,是由于物体浮力与物体的重力平衡答案:C
3.下列说法中正确的是( ) A.液体中的任何一个分子只会受到邻近分子的引力作用; B.液体中的任何一个分子只会受到邻近分子的斥力作用; C.液体中的任何一个分子都会同时受到邻近分子的引力和斥力作用 D.液体中,无论是表面层中的分子还是液体内部的分子所受到的引力 的合力为零答案:C
4.关于液体的表面张力,下述说法哪个是错误的( ) A.表面张力是液体表面层各部分间相互吸引的力; B.表面层里分子分布比液体内部稀疏些,分子间表现为引力; C.表面层里分子距离比液体内部小些,分子间表现为引力; D.不论是水还是水银,表面张力都要使液面收缩答案:C
表面张力
表面张力表面张力,是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
通常,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。
在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0,但在表面的一个水分子却不如此。
因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,所以该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。
表面张力(surface tension)是物质的特性,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。
关于表面张力多相体系中相之间存在着界面(interface)。
习惯上人们仅将气-液,气-固界面称为表面(surface)。
表面张力,是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
将水分散成雾滴,即扩大其表面,有许多内部水分子移到表面,就必须克服这种力对体系做功——表面功。
显然这样的分散体系便储存着较多的表面能(surface energy)。
相关数据在293K下水的表面张力系数为72.75×10-3 N·m-1,乙醇为22.32×10-3 N·m-1,正丁醇为24.6×10-3N·m-1,而水-正丁醇(4.1‰)的界面张力为34×10-3 N·m-1。
表面张力的测值通常有多种方法,目前实验室及教科书中,通常采用的测试方法为最大气泡压法.由于其器材易得,操作方法相对易于学生理解表面张力的原理,因而长期以来是教学的必备方法。
作为表面张力测试仪器的测试方法,通常有白金板法(du Nouy method)\白金环法(Wilhelmy plate method)\悬滴法\滴体积法\最大气泡压法等。
定义及相关(1)定义或解释①促使液体表面收缩的力叫做表面张力[1]。
②液体表面相邻两部分之间,单位长度内互相牵引的力。
表面张力和润湿张力
表面张力和润湿张力
表面张力和润湿张力是两种不同的物理现象,它们在液体和固体表面都起着重要的作用。
表面张力是指液体表面会呈现出一定的弹性和凝聚性,导致液体表面形成一个比较平坦的形态。
它主要是由于液体分子之间的相互作用力所引起的。
表面张力在许多物理现象中都有所体现,比如水滴在荷叶上呈现出的球形,或者小虫子在水面上自由行走等。
润湿张力则是液体在固体表面上的现象,当液体与固体接触时,两者之间会形成一个界面,这个界面上的张力就叫做润湿张力。
它主要是由于液体和固体之间的分子相互作用力所引起的。
润湿张力在许多实际应用中都非常重要,比如在涂层、印刷、涂胶等工艺中,润湿张力的控制至关重要。
总的来说,表面张力和润湿张力都是由于分子间相互作用力引起的,但它们分别发生在液体和固体表面上,对于不同的物理现象有着不同的影响和应用。
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表面功
δW
' r
dA s
δWr' dAs
γ:(比)表面功。使系统增加单位表面所需的可逆功。
J·m-2,
b
16
恒温,恒压时,
dG T,PδW r' dA s
G As
T , p
:恒温恒压下,增加单位表面时系统所增加的Gibbs函数。
单位:J·m-2。
b
17
在20℃时,将0.001kg的球形水滴分散成直径为2nm的小水滴。
66
界面不是几何平面!界面有一定的厚度,所以有时 又称界面为界面相 。
截面积 AS
体相 体 相 界面相S
体相
特征: 几个分子厚,1~10nm 结构与性质与两侧体相均不同
b
7
2. 界面现象(表面现象)
1.汞在光滑的玻璃上呈球形,在玻璃管中呈凸液面, 水在光滑的玻璃上完全铺展,在玻璃管中呈凹液面。
——润湿现象 2.水在玻璃管中上升, 汞在玻璃管中下降 ——毛细现象 3.液体的过冷过热、蒸气的过饱和现象 ——亚稳状态 4.微小液滴更易蒸发,微小的晶体更易溶解 5.固体表面会自动吸附其它物质。
平方米,268台机器设备遭毁损,54人丧生,1821人受伤。
事后查明原因,是亚麻粉尘爆炸。
2010年02月25日河北秦皇岛粉尘爆炸事故 致19人死49
b
21
解释:为什么小液滴会成 球形?
在无重力下,此现象更为明显,例太空舱中水球
太空舱中会出现篮球般的大水球,每位飞行员轮流传递, 各咬一口后,篮球会逐渐收缩为排球﹑足球﹑垒球的大小, 但总是呈现球形
W ' G A 7 . 2 4 1 4 3 5 0 1 4 0 3 . 7 1 1 5 J 0
(环境做功为正)
b
23
Q rT ST T G pT A s T A s,p
b
18
A s 1 41 2 4 ( 0 .6 1 2 2 ) 2 0 4 .8 1 3 4 m 0 2
as1 A m s4.8 r0 ' .0 3 104 01 0.48 m 23 /kg
将0.001kg水滴分散成直径为2nm即半径1×10-9 m的小水滴,
其个数为:
0 . 001 kg
12
2007年11月23日,英国伦敦博物馆,Sam Heath(右),又被称
为泡泡人Samsam,用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来。
2008.8月17日中午,长沙市第七中学科学馆,一只巨大的肥皂泡
将60余名学生圈在一只五彩6米b 宽3米的道具。
20
世界上第一次有记载的粉尘爆炸发生在1785 年意大利的一个面粉厂,
1987年3月15日,哈尔滨亚麻纺织厂发生猛烈爆炸,爆炸首先发生 在地下约12米深的除尘室,安装在里面的十余吨重的机器被巨大的 气浪冲上地面;与其相关地面建筑如电动换气室、变电所等全部 摧毁。爆炸顺着几百米的地下通道扩展,凡是所能触及的一切瞬间 都遭到残酷的破坏;连成一片的36000平方米厂房,被炸毁9500
(1)求分散前后水滴的表面积和比表面并进行比较;
(2)系统吉布斯函数增大多少?已知20℃时,水的密度
=1000kg·m-3,
= 72.75× 10-3N·m-1
解:(1)0.001kg的球形水滴
V m
0.001kg 1000kgm3
=1×10-6 m3
设其半径为r1,
V 4 3
3
r 1=0.62×10-2 m
13
b
14
表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力)。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
b
15
1.表面功及表面吉布斯函数
以液—气组成的系统为例,若将体相中的分子可逆移到液 体表面以扩大液体的表面积,则必须由环境对系统作功,这种 为扩大液体表面所作的功称为表面功。
第十章 界面现象
b
11
b
2
b
3
b
4
b
5
§10.0 前言
1.界面与表面 (1)界面:两相之间的接触面。
(2)表面:两相中若有一相是气相,则形成的界面为表面。 气相通常是真空、空气或物质本身的饱和蒸气。
自然界中物质的存在状态:
气—液界面 气
液—液界面
液
固—液界面
固
固—气界面
固—固界面
界面现象
b
b
8
3. 分散程度与比表面积
当物质被高度分散时,界面相与体相相比不可忽略, 界面的作用很明显。例如:
直径为 1cm 的球形液滴
分成 1018个
直径10nm的 球形小液滴
表面积: 3.1416×10-4 m2
总表面积 314.16m2
b
9
(1)比表面积 as :单位质量的物质所具有的表面积 .
as
b
22
例2.水的比表面自由能与摄氏温度t℃ 的关系式为:
γ(× 10-3N·m-1)= 75.64 - 0.14t/℃,若水的表面改变时,总体积 不变,试求10℃、p 下,可逆地使水表面积增加5 cm2,必需做 多少功?从外界吸收多少热?
解:t = 10℃,
( 7 . 6 5 0 . 1 4 1 4 ) 1 0 3 0 7 . 2 4 1 4 3 N 0 m 1
4 3
3 2
0.00k1g
4(1109m)3100k0gm3
3
2.391020个
b
19
每个小水滴的面积为
42 2 4 ( 1 1 9 ) 2 0 1 .2 1 6 1 m 0 7 2
总面积 A s 2 2 .3 1 9 2 0 1 0 .2 1 6 1 0 7 3 .0 1 1 3 m 2 0
As m
单位:m2·kg-1
一些多孔物质如:硅胶、活性炭等,也具有很大的比表面积。
活性炭比表面可达到 1000 ~ 2000 m2 ·g-1
(2)在处理高分散度物质时,若不考虑其界面的特殊性,将会导 致错误的结论。
b
10
§10.1 界面张力
一. 液体的表面张力,表面功及表面吉布斯函数
b
11 11
b
as2 A m s23.0 0.0 1 10 30 1 3.0 1 160 m 2/kag s 10.4 8m 32/k
比表面之比为:
3.01106 6.23106 0.483
(2)ΔG = γΔA = 72.75 × 10-3 ×(3.01×103 -0.483) ≈ 2.19× 102 J
b