表面张力和表面能

实验：将一含有一个活动边框的 金属线框架放在肥皂液中，然后 取出悬挂，活动边在下面。 现象：可滑动的边会被向上拉直 至顶部。 原因：在两相(特别是气-液)界面 上，处处存在着一种张力，它垂 直于表面的边界，指向液体方向 并与表面相切
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。
即N·m-1 ，因此表面吉布斯自由能也可以看作
是垂直作用在单位长度界面上的力即表面张力。
（1）表面张力是表面层分子实际存在的表面收缩力；表面 自由能是形成一个单位的新表面时体系自由能的增加，或表 示物质体相内部的分子迁移到表面时，形成一个单位表面 所要消耗的可逆功。 （2）表面张力和表面自由能是分别用力学和热力学方法研 究表面性质时所用的物理量，他们代表的物理概念不同。 （3）对于液体，可以证明二者数值相同，且具有相同的量 纲。而对于固体，二者则有所不同。 （4）表面张力是物质的自然属性，与温度、压力、组成以 及共存的另一相有关
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气-液界面
液-固界面
气-固界面
液-液界面
固-固界面
表面张力概念的建立要比比表面自由能早一个世 纪,对于表面张力的认识起源于毛细现象的观察. 表面张力产生本质原因：
液体内部分子所受的力可以彼 此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子 的拉力小（因为气相密度低）， 所以表面分子受到被拉入体相 的作用力。

对于只有一种表面的纯液体体系，考虑了表面功，热
力学基本公式中应相应增加
dA
一项
dU TdS PdV dA dH TdS VdP dA dF SdT PdV dA dG SdT VdP dA
广义的表面自由能定义： 保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时， 相应热力学函数的增值。
U H F G ( ) S ,V ( ) S , P ( )T ,V ( )T , P A A A A
对于多组分体系，表面能不仅与温度、压力等有 关，还与体系的组成有关。
表面张力和表面能的单位
表面张力的单位是N· -1 ，而表面吉布斯自由 m 能的单位为J·m-2 。由于J=N·m，所以J·m-2