表面张力与表面能.
表面张力
2、 表面能
从功能关系来考察表面张力系数与液 体表面能的关系。见图5-6。
12
外力所作的功为
E A S S
（J· m-2）
即增加单位液面所增加的势能。 由上式可知， α 在数值上等于增加单位液 面时外力所作的功，从能量的角度看，其大小 等于增加单位液面时所增加的表面自由能。 那么液体表面能的减小可以通过下面任 一种自动过程来实现：
2
一、 表面张力和表面能
1、 表面张力
液体具有收缩其表面，使表面积 达到最小的趋势。这说明液体表面存 在着张力，这种张力称为表面张力。 表面张力产生的原因，可以用分 子间相互作用的分子力来加以解释。
3
分子间的平衡距离r0的数量级约 为10-10m。 当两个分子间的距离 r = r0 时，分 子间的作用力为零。
当两分子间的距离大于r0而在10-10～ 10-9m时，分子间的作用力表现为引力; 而当分子间的距离大于 10-9m时， 引力很快趋于零。
4
如果以10-9m为半径作一球面， 显然则只有在这个球面内的分子才 对位于球心上的分子有作用力。
分子作用球 ——分子引力作用范围是 半径为 10-9m 的球形，球的半径称为 分子作用半径。
3、肺泡的表面张力
表面活性物质在呼吸过程中起着重要 的作用： 1、稳定肺泡；2、减少呼吸功。
36
37
人的肺泡总数约为3亿个，各个肺泡的 大小不一，而且有些肺泡是相连的。 在充满空气的肺中，既有肺组织的弹 性力，又有衬在肺泡表面液层组成的 气、液界面上的表面张力。 而对于肺充气来说，大部分压力是来 克服表面张力的。 肺泡的表面液层中分布着有一定量的、 由饱和卵磷脂和脂蛋白组成的表面活性 物质，起降低表面张力系数的作用。
材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案__第五章[1]
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（3）玻璃的强度和界面扩散
在考虑到玻璃和金属膨胀系数匹配的基础上，提高破璃的机械强度、尤其是抗拉强度，这对于封接件受到热冲击或者因温度梯度引起的热应力乃至受到使用中的外力时都是有利的。一般玻璃的抗压强度可以很高，达到600～1500MPa，而抗拉强度极低仅是抗压强度的1O%左右。实际上只是抗拉强度会出现问题。如有可能，采用结晶化破璃封接，这是提高玻璃抗拉强度的有效途径，它通常可以达到原始玻璃抗拉
5-8在2080℃的Al2O3（L）内有一半径为10－8m的小气泡，求该气泡所受的附加压力是多大？已知2080℃时Al2O3（L）的表面张力为0.700N/m。
解：根据公式 ，可算得△P=2×0.7/10－8=1.4×108N
烧结：是赋予材料性能的一种高温处理工艺，原子向接触点的扩散使颗粒间行形成粘结，进一步扩散最终填满各种剩下的孔隙并使材料的致密度提高。是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。低温预烧阶段:在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发，压坯内成形剂的分解和排除等。中温升温烧结阶段:此阶段开始出现再结晶，在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时表面的氧化物被还原，颗粒界面形成烧结颈。高温保温完成烧结阶段:此阶段中的扩散和流动充分的进行和接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使孔隙尺寸和孔隙总数有所减少，烧结体密度明显增加。
第五章答案
5-1略。
表面张力和表面能 课件
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
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表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
第一章__液体的界面性质(备)
界面层的分子所处环境与体相内部不
同。体相分子受力对称，合力约等于零， 表面分子受到液体内部分子向下的引力和 气体分子向上的引力，周围分子对它各相 的引力是不同的。液相分子对它的引力较 大，气相分子引力较小，结果使表面分子 受到指向液体内部的拉力，有自动向液体
体表面的收缩力，所以又称为表面张力，单位为N·M-1 （mN·m-1）。 定义表面张力（σ ）：单位长度液体表面的收缩力， 单位N·m-1（或mN·m-1） 表面自由能、表面张力单位不同，数值一样，其原因 是由表面分子受力不均所引起的。 表面张力或表面能的大小决定于相界面分子之间的作 用力，也就是决定于两个体相的性质。它随体相的组成 温度不同而变化。 注意
第一章 液体的界面性质
§1-1 表面能与表面张力
一、表面能与表面张力的含义
物质通常以气、l、s三种聚集状态（也称相态）存在， 当两种聚集状态共存时，就会出现g-l、g-s、l-l、l-s和s-s 等五种相界面。由于人们的眼睛看不到气相，因而将l-g 和g-s两种界面称为表面, l-l、l-s常称为界面。
五、悬滴法
方法相对比较复杂，通过照相确定悬滴直径
gde2 H
de可以测得，H可以查表。
六、滴重法或滴体积法
是一种简单而准确的方法，将液滴在磨平的毛细管口 慢慢形成液滴并滴下，收集并称重或直截读出体积。 mg Vg 2R 2R
m、v —一滴液体的重量或体积； ρ —液体密度； —校正因子，可查表。 R—管口半径；
二、yourg-laplace方程 （作用是给出附加压力与曲率半径的关系）
表面张力和表面能 课件
表面张力在生活中的应用
01
02
03
露珠呈球形
由于表面张力，水滴在荷 叶或树叶上呈球形，不易 散开。
气泡形成
在洗衣服、洗碗时，表面 张力使气泡在水中形成并 保持。
防水表面
表面张力可以用于创造防 水表面，如荷叶的自洁效 应。
表面能在工业中的应用
涂层附着
表面能的大小影响涂层与 基材的附着力，选择合适 的涂层材料和工艺可以提 高附着力。
表面能与物质性质的关系
物质性质对表面能的影响
物质的化学性质、晶体结构、分子间作用力等都会影响其表 面能。例如，极性分子具有较大的表面能，因为它们具有更 强的分子间相互作用力。
表面能的应用
在化学、物理、工程等领域中，表面能具有广泛的应用，如 润湿现象、自组装单层膜、晶体生长等都与表面能密切相关 。
04
力等因素有关。
表面能
表面能是固体表面的能量，它是 由于固体表面原子或分子的排列 不规整而引起的。表面能的大小 与表面的粗糙度、化学组成、温
度等因素有关。
实验方法
通过测量液体在固体表面上展开 的角度或测量液体在固体表面上 的接触角，可以计算出表面张力
和表面能。
实验步骤
准备实验器材
测量液体在固体表面上的接触角
表面张力计、表面能计、待测液体和固体 样品等。
将待测液体滴在固体表面上，观察液滴的 形状，并测量接触角。
计算表面张力和表面能
分析实验结果
根据接触角的大小，利用相关公式计算出 表面张力和表面能。
分析实验结果，了解表面张力和表面能与 物质性质的关系，并得出结论。
06
相关理论介绍
杨氏方程
总结词
杨氏方程是描述表面张力和表面分子 间的相互吸引程度。
物质由大分散为小滴时,热力学能,比表面,表面能,表面张力的变化
物质由大分散为小滴时,热力学能,比表面,表面能,表面张力的变
化
当物质由大分散为小滴时，热力学能会增加。
这是因为分散的系统比聚集的系统具有更高的熵，而熵是系统的热力学能量的一部分。
比表面会增加，原因是当物质分散为小滴时，整个物质的体积没有变化，但是表面积增加了。
因此，单位体积的比表面增加了。
表面能会增加，表面能是指单位面积的表面所具有的能量。
当物质由大分散为小滴时，原本处在内部的分子被推到了表面，这些表面上的分子需要与其他相邻分子形成相互作用，从而增加了表面能。
表面张力也会增加，表面张力是指液体表面发生形状变化的阻力。
当物质分散为小滴时，原本之间的相互作用被破坏，而在表面附近的分子需要与周围的分子形成新的相互作用来维持表面稳定，因此表面张力增加。
表面物理化学
一、表面张力与表面能
(1) 表面张力：液体表面存在着自动 缩小的趋势，或者说表面恒有一种抵 抗扩张的力，即表面张力，用符号σ 表示，其物理意义是垂直作用于单位 长度相表面上的力。单位为：N ·m-1。
表面活性物质：能显著降低水表 面张力的物质 它所引起液体表面的吸附是正吸附。 表面惰性物质：能使水的表面张 力升高的物质 它所引起液体表面的吸附是负吸附。
2. 表面活性物质 结构特征：具有两亲性集团是表 面活性物质在分子结构上的共同特 征。一类是极性基团(亲水基或疏油 基)，如―OH、―COOH 、―NH2、 ―SH、―COONa 、― SO3Na等； 另一类是非极性基团（亲油基或 疏水基）如直链或带支链的有机羟 基
(二) 液体表面的吸附和表面活性物质 1. 液体表面上的吸附 液体表面也会因某种溶质的加入 而产生吸附。在一定温度下，纯 液体的表面张力为一定值，若在 纯液体(如水)中加入某种溶质， 有两种情况。
(1) NaCl、KNO3等无机盐类以及 蔗糖、甘露醇等多羟基有机物 溶于水，可使水表面张力稍微 升高； (2) 肥皂、烷基苯磺酸盐(合成洗 涤剂)进入水中，在一定范围 内，使水的表面张力显著降低。
(3) 吸附原因：若加入的溶质能降低 溶剂表面张力，从而降低体系表面能， 则溶液表面层中将保留更多的溶质分子 （或离子），其表面层的浓度大于溶液 内部的浓度，这种吸附称为正吸附（简 称吸附）；反之，若加入的溶质将增高 溶剂的表面张力，则溶液表面层将排斥 溶质分子(或离子)，使其尽可能进入溶 液内部，此时溶液表面层的浓度小于其 内部浓度，这种吸附称为负吸附。
第1章-液体界面性质-1表面能与弯曲液面lidx
W Fdx
肥皂膜
F
表面能： W dA 2l dx
2015-1-12
F F 2l l总
1.1表面张力与表面能
表面张力
( )
Surface Tension
是沿着与表面(球面)相切或与表面(平面)相平行的方向垂直作 用于表面上单位长度的表面收缩力。
•注意 单位为：N · m-1 ；
2015-1-12
界面分子与相内分子所处的环境不同
1.1表面张力与表面能
表面能 Surface Energy
由于净吸力的存在，体相分子要转移到表面，必须克 服净吸力，需要外界提供非体积功 δW’, 因此表面层分子 比体相分子有额外的势能量。 1. 非体积功 δW’称为表面功，是恒温、恒压和组成恒 定时可逆地增加单位表面积需做的可逆非体积功。 2. 根据热力学理论：在T、P及组成恒定时，环境所做 的可逆非体积功，在数值上等于系统吉布斯函数增加值。 所以系统表面扩展时，系统得到的表面功应等于吉布斯函 数增加值。
Gm
对于平液面， 对于曲液面
pl ,曲
p l，平
V
m
dp V（ m p l ,曲 - p l,平）
p l,曲 =大气压力+ Δp
pl,平 =大气压力，
凸液面，Δp > 0; 凹液面， Δp < 0.
pl,曲 - pl,平 p
故： Gm Vm p
2015-1-12
l，曲 l，平
pr RT ln p0
Gm Vm p
若液面是球面的一部分，如气泡、液滴等
pr Vm p RT ln p0
2 p r
M RT ln pr 2M Vm
表面能与表面张力系数
R0
内其他分子对该分子的作用力是相
互抵消的。
• 但在液体表面层内 却并非如此。
• 若液体与它的蒸气相 接触，其表面层内分 子作用球的情况示于 图。
表面层分子的作用球中或多或少总有一部分是密度 很低的气体，使表面层内任一分子所受分子力不平衡， 其合力是垂直于液体表面并指向液体内部的。
在这种分子力合力作用下，液体有尽量缩小它的表面 积的趋势，使液体表面像拉紧的膜一样。表面张力就 这样产生的。
(二) 表面能与表面张力系数
• 表面张力是由于液体表面的过渡区域(称为表面层)内
分子力作用的结果。
• 表面层厚度大致等于分子引力的有效作用距离的数
倍，其数量级约为10-9 m，即2～4个分子直径的大小。
设分子互作用势能是球对称的，以任一分子为中心画
出以 R0 为半径的分子作用球。
显然,在液体内部，其分子作用球
• 当外力F 在等温条件下拉伸铁丝(见下图)以扩大肥 皂膜的表面积ΔA 时,
力F 做的功为ΔW = FΔx，因为
F = 2σL,ΔA = 2LΔx，W = σΔA
在扩大液体表面积过程中，一部分液体内部的分子 要上升到表面层中，而进入表面层的每一个分子都需 克服分子力的合力做功。 合力方向指向液体内部。
也可写成两种不同的形式：N·m-1及J·m-2。
表面张力产生原因另一种解释: 既然表面能是表面层中分子
比液体内部分子多出来的分子 互作用(吸引力)势能。 可见在表面层中分子的平均间 距要比液体内部大，为什么?
说明在表面层中分子排列要比 液体内部疏松些(而且越是沿液 面向外，其排列越疏松)。
从分子间作用力曲线可估 计到，平均说来，在表面层 中分子间的吸引力明显大于 液体内部。为什么?
低表面张力和低表面能
低表面张力和低表面能表面张力和表面能是物质在界面上表现出的两个重要性质。
低表面张力和低表面能的物质在很多领域都具有重要应用价值。
本文将分别介绍低表面张力和低表面能的概念、原因及应用，并探讨其在科学研究和工程技术中的重要意义。
一、低表面张力1.概念表面张力是指液体分子表面的一种特殊力，使液体表面呈现出一种具有弹性的薄膜状。
低表面张力意味着液体分子之间的相互吸引力较小，表面薄膜具有较高的可伸展性和易破裂性。
2.原因低表面张力的现象往往与分子间的相互作用力有关。
例如，表面活性剂的存在可以降低液体的表面张力。
表面活性剂分子在液体表面形成一层分子薄膜，使分子间相互吸引力减小，从而降低表面张力。
3.应用低表面张力的液体在很多领域都具有重要应用价值。
例如，洗涤剂中的表面活性剂可以降低水的表面张力，使水能够更好地渗透和清洁物体表面。
此外，低表面张力还可以应用于液体射涂、油墨喷印、纺织印染等工艺中，提高液体的润湿性和渗透性，实现更好的处理效果。
二、低表面能1.概念表面能是指单位面积的表面上所含有的能量。
低表面能意味着物质表面上所含有的能量较低，表面较为稳定。
2.原因低表面能往往与物质的化学性质有关。
例如，某些高分子材料表面具有较低的表面能，是因为该材料表面上存在大量的非极性官能团，使表面能降低。
3.应用低表面能的物质在涂料、涂膜、粘接等领域具有广泛应用。
例如，低表面能材料可以用于制备抗污染、防粘附的涂层，使物体表面不易被污染物粘附，具有良好的自洁性能。
此外，低表面能材料还可以应用于微流控芯片、生物医学材料等领域，实现更好的流体控制和生物相容性。
低表面张力和低表面能是物质在界面上表现出的两个重要性质。
低表面张力的液体具有较高的可伸展性和易破裂性，而低表面能的物质表面较为稳定。
这两种性质在洗涤剂、涂料、涂膜、粘接等领域具有广泛应用，对于提高工艺效率和产品性能具有重要意义。
在未来的科学研究和工程技术中，我们有望进一步探索低表面张力和低表面能的机制，开发出更多具有应用潜力的材料和技术。
低表面张力和低表面能
低表面张力和低表面能
表面张力和表面能是液体表面物理性质的两个重要参数。
低表面张力和低表面能的液体在工业和生活中具有广泛的应用价值。
本文将从两个方面来介绍低表面张力和低表面能的相关知识。
一、低表面张力
表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力所产生的一种现象。
液体表面上的分子受到液体内部分子的吸引力，使得液体表面对外呈现一种收缩的趋势。
而表面张力则是这种收缩趋势的表现。
低表面张力的液体，表面张力较小，液体分子容易被外界力量破坏，导致液体表面的形状不稳定。
低表面张力的液体在工业上有广泛的应用，例如在油漆喷涂过程中，低表面张力的液体可以使油漆在喷涂时更容易均匀地分布在物体表面上，提高喷涂效果。
此外，在纺织工业中，低表面张力的液体可以使纺织品的润湿性更好，提高染色和印花的效果。
二、低表面能
表面能是指液体分子表面所具有的能量。
液体分子表面的能量较高，容易与外界发生相互作用。
低表面能的液体，表面分子的能量较低，不容易与外界发生相互作用，从而表现出较弱的吸附性和粘附性。
低表面能的液体在生活中有很多实际应用。
例如，在防水材料中，
低表面能的液体可以使涂层表面形成一层密封的保护膜，防止水分渗透。
此外，在涂料工业中，低表面能的液体可以使涂料更容易施工，提高涂层的附着力和耐久性。
低表面张力和低表面能是液体表面物理性质的两个重要参数。
低表面张力的液体在工业中可以提高油漆喷涂和纺织染色的效果，低表面能的液体在生活中可以应用于防水材料和涂料工业。
这些应用都能够满足人们对于液体表面性质的不同需求，为我们的生活和工作带来便利和效益。
表面张力与表面能教材
P附左 < P附右
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ，液体才能流动。
气体栓塞在医学中的应用：
*注射前，要排尽针筒中气体； * 潜水病；
4、表面活性物质与表面吸附
（1）表面活性物质：在液体（溶剂）中加入一定浓度的 某种溶质，使液体表面张力系数减小，这种溶质称为表面 活性物质。（举例：肥皂；洗衣粉；肺泡分泌物等） 原因：表面吸附（即表面活性物质在溶液的表面层聚 集并伸展成薄膜的现象）。 表面层
二. 由表面张力解释如下液面现象:
1.弯曲液面的附加压强 平面液面： P液内=P0 弯曲球面液面： 由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内 P0 P0 P附 f 凹面 P0 f 水 空气 水 P0
P液内
P液内
P附 凸面
f
f
水
P液内
球冠的表面张力:
f s (2r )
A
r=Rsin
W f x f S 2l x 2l
2l ( J .m 2 ) 2l
表面张力系数等 于液体增加单位表面 积所作的功。
l
2l 液体薄膜 B C
ΔS F
f
△x
C′
表面张力系数表：
液体 丙酮 甲醇 苯 氯仿 甘油 水银 肥皂液 溴化钠 水 水 水 水 不同液体与空气接触时的表面张力系数α 温度（oc） α （J/m2 或 N/m） 20 20 20 20 20 15 20 熔点 0 20 30 100 0．0237 0．0226 0．0228 0．0271 0．0634 0．487 0．025 0．103 0．0756 0．0728 0．0712 0。0589
材料科学与工程基础(表面能).
grh 2 cos
式中ρ为液体密度；g为重力加速度；r为毛细管半径； θ为接触角。
液体
Hg Zn
温度／℃
20 650
表面能
0.48 0.75
• 液体的表面张力随温 度的升高而减小，这 是因为热扰动减小了 原子之间或分子之间 的吸引力。 例如：水的表面张力 m 在25℃时为0.072N· 在100℃时减小到 m 0.059N·
表面能和表面张力 主讲：舒腾
首先什么是表面能和表面张力
• 根据定义，表面能是增 加单位面积的表面所需 2 要做的功，单位是 J m 米 ） （焦耳·
2
• 表面张力：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，单位 1 是N·m
• 最常用的测量液体表面能的方法： 将一根毛细管插入液体中，测定液体在毛细管中 上升的高度h，就可以求出液体的表面张力γ：
表面活化剂：对于物质表面张力能产生 强烈影响的其他组分。
• 在熔融的铁液中，只要含有万分之五的氧 和硫，就可以使铁液的表面张力由1.835 下降为1.2。 • 对于许多固体金属、氮化物和碳化物的表 面，氧能产生类似的影响。在这些材料的 表面一旦形成氧的吸附层，就较难将其除 去。
表面活化剂的一些应用
杂质对物质的表面能产生的影响
• 如果某物质中含有少量表面张力较小的其 他组分，则这些组分便会在表面层中富集， 即使它们的含量很少，也可以使该物质的 表面张力大大减小。 • 如果某物质中含有少量表面张力较大的其 他组分，则这些组分便倾向于再该物质的 体积内部富集，即这些组分在体内的浓度 高于在表面层的浓度，对该物质的表面张 力只有微弱的影响。
NaPO2
FeO AL2O3
620
医用物理学07液体的表面现象
凹侧
凹侧
凸侧
P 凹 P 凸
2 P 凹P 凸 R
2 P R
弯曲液面的附加压强
2. 球形液膜的附加压强：
2 对外表面： PB PA R1
对内表面： PC PB 2
R2
肥皂泡 R1 R2
2 2 PC PA R1 R 2
PC PA
4 R
(R1=R2=R)
R
T
(2R) sin
2
T sin
P 表示液块内外压强差，小液块所受的向上压力为：
2 P （R sin） 2 2 2 (2 R )sin = P R sin 小液块受力平衡：
表面张力产生的附加压强:
2 P R
弯曲液面的附加压强
凸侧
2、气体栓塞 (gas embolism)
*液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体 的流动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现 象叫气体栓塞。
静止液体
气泡
静止液体
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
P + P
液体
气泡 阻力压强 =P附右-P附左
P
（P:外加压强差）
*当P 时，液体无法流动； *当P 时，液体才可流动； * 细管中若有n个气泡，则要求外加压强差P n ， 液体才能流动。
f1<f2 ，使液体表面
层分子势能减少，因 而表面张力系数减小。 肥皂分子
f1
f2
水分子
表面活性物质与表面吸附
肺组织中的表面活性物质： *肺组织结构 小肺泡萎缩？ 大肺泡膨胀？？ *肺泡内壁分泌某种磷脂是表面活性物质； 改变粘液的α，从而维持正常呼吸。 大肺泡： R 活性物质密度 粘液的 小肺泡： R 活性物质密度 粘液的 所以
表面能和表面张力
表面能和表面张力1. 介绍表面能和表面张力是物理学中关于液体和固体界面性质的重要概念。
表面能描述了液体分子的吸引力和固体界面分子之间的相互作用能力，而表面张力则指液体表面的弹性和抵抗外部扩展的能力。
本文将详细介绍表面能和表面张力的含义、计算方法以及相关应用领域。
2. 表面能2.1 含义表面能是描述液体表面性质的重要参数，通常用符号γ表示。
它是指单位面积内液体分子的吸引力能量。
液体表面分子与内部分子相比，周围没有同种液体分子的引力作用，因此表面的分子受到的吸引力较大，导致表面能较高。
2.2 计算方法常用的计算液体表面能的方法有两种：Young-Laplace方法和相对法。
Young-Laplace方法是基于气泡和液滴的理论推导，通过测量气泡或液滴的形态参数来计算表面能。
将Young-Laplace方程应用于液滴或气泡的变形，可以得到表面能与液滴半径或气泡半径的关系。
相对法则是通过比较液体与不同材料的表面能差异，来计算液体自身的表面能。
可以借助表面张力平衡法或液体浸润法实现。
3. 表面张力3.1 含义表面张力是指液体表面上液体分子之间的相互作用力。
液体分子因互相吸引而紧密排列，使得液体表面呈现较高的张力，能够抵制外界对液体表面的扩展力。
3.2 计算方法表面张力的计算主要通过测量液体静态平衡或动态平衡状态下的力的大小来实现。
常用的实验方法有杨氏静水压力法和浊度法。
杨氏静水压力法是一种通过测量不同高度的水柱在液体表面产生的压力差来计算表面张力的方法。
该方法利用液体表面张力的平衡原理，得出表面张力与液体柱高之间的关系。
浊度法是基于光的折射原理，通过测量液体的浊度变化来计算表面张力。
浊度测量方法适合浑浊液体或液面上有液滴的情况。
4. 应用领域表面能和表面张力的研究在许多领域具有重要的应用价值：•材料科学：表面能对于材料的附着、涂覆、打印和涂料的均匀性都具有重要影响，因此在材料科学中有广泛的应用。
•纳米科技：纳米材料表面能和表面张力的研究对于纳米材料的制备、传输和应用具有重要意义。
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3、气体栓塞
* 润湿现象。
(gas embolism)
* 液体在细管中流动时，如果管中有气泡，液体的流 动将受到阻碍，气泡多时可发生阻塞，这种现象叫气体 栓塞。 * 细管中有气泡：
静止液体
静止液体
气泡
P附左
=
P附右
*气泡产生阻力：
阻力压强 =P附右-P附左
P + P
液体
气泡
O
f sh
fs
表面张力的水平分量相互抵消:
f sh 0
表面张力的垂直分量: 球冠底面积：
R
f sv f s sin
A ( R sin )2 R 2 sin 2
f sv 2R sin 2 2 2 2 A R sin R
f sv f s sin (2r ) sin 2 (2R) sin
表面张力产生的附 加压强:
P0
f 凸面
PS
f
P0
f
凹面
Pi
PS Pi
f
f sv Pi Po A f sv 2 Ps Pi Po A R
P i P o
凸面 :
f sv Po Pi A f sv 2 Ps Pi Po A R
凹面 : Ps Pi Po
表面张力的测定：
A D 平衡时：
f 2 l
l 2l 液体薄膜 B C f *表面张力系数：
f 2l
（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。 （2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。 （3）与液体的纯度有关。 （4）与相邻的介质有关。
3.表面张力系数与表面能： 增加单位表面积所作的功： A D D′
2 Ps Pi Po 0 R
P i P o 2
R
0
球形液膜的附加压强：
对外表面：
2 PB PA R1
2 PB PC R2
肥皂泡 R1 R2
对内表面：
2 2 4 PC PA R1 R 2 R
(R1=R2=R)
演示实验：（大泡小泡）
从分子间的相互作用力f 分析表面张力的产生：
(平衡位置: r0=10-10 m)
r < r0 r = r0
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力 无分子力
r > r0
r>分子作用 球半径
r= 10-8m 分子作用球半径：
r
A是液内分子；B和C是液体表面层分子。
C
B
空气 表面层 液体 A
液内分子A受力分析： A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0 表面层分子B和C的受力分析： 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引 力作用；宏观上表面层表现为一个被紧张状态，在液面上存在 着起收缩作用的表面张力。这些表面张力的 方向都与液面相切，并且与线段AB 垂直； 它们大小相等，方向相反，分别作用在两部 分液面上。 实验表明: 表面张力的大小正比于 线段AB的长度。 A B
f l
f l
f ( N / m) l
f f
表面张力系数：
二. 由表面张力解释如下液面现象:
1.弯曲液面的附加压强 平面液面： P液内=P0 弯曲球面液面： 由于表面张力f产生附加的压强P附,所以P液内 P0 P0 P附 f 凹面 P0 f 水 空气 水 P0
P液内
P液内
P附 凸面
f
f
水
P液内
球冠的表面张力:
f s (2r )
A
r=Rsin
W f x f S 2l x 2l
2l ( J .m 2 ) 2l
表面张力系数等 于液体增加单位表面 积所作的功。
l
2l 液体薄膜 B C
ΔS F
f
△x
C′
表面张力系数表：
液体 丙酮 甲醇 苯 氯仿 甘油 水银 肥皂液 溴化钠 水 水 水 水 不同液体与空气接触时的表面张力系数α 温度（oc） α （J/m2 或 N/m） 20 20 20 20 20 15 20 熔点 0 20 30 100 0．0237 0．0226 0．0228 0．0271 0．0634 0．487 0．025 0．103 0．0756 0．0728 0．0712 0。0589
PB < PA
R h
2 PB P0 gh R PA P0
r
r R cos
C
cos h 2 2 gr gR
(当 =900时,为完全浸湿。)
A
B (对于下降同样适用)
毛细现象的应用：
日常生活：棉花或棉布的吸水、餐巾纸吸墨水、煤油灯、 植物吸收和运输水分等。 临床应用：1、外科用脱脂棉来擦拭创面的污液。 2、普通手术缝合线要经过蜡处理。 药学应用：1、药物除湿及新鲜药材的除水大多需通过药材内 毛细管才能气化。 2、口服片剂后，片剂被浸润后通过毛细管作用使 水分进入片剂，利于人体对药物的吸收。
对大泡：
4 P P0 1 R1
对小泡：
4 P2 P0 R2
P1 < P2
P1
肥皂泡
P0
P2
因为
R1> R2，所以
。
结果：大泡变大，小泡变小。
三、毛细现象和气体栓塞
1.接触角：
θ
附着层(即与固体接触的一薄层液体)内 液体分子的运动主要受到两个力影响：
θ
f附：固体分子对液体分子的吸引力称
第四章分子动理论 第五节 一、表面张力和表面能
液体的表面性质
1、表面与表面层：
液体表面: 液体与气体或固体的接触面。 液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液 层。 r r water Water drop
r 108 m
液体的表面现象例子:
液面面积有缩小到最小值的趋势。
液面宏观上表现为一个被拉紧的弹 性薄膜而具有张力。
为附着力。
f附
附 固 着 体 层
f内
液 体
f內：液体分子对液体分子的吸引力称
为內聚力。
浸湿现象： 当f附> f内时， 附着层扩展， 液体浸湿固体；
不浸湿现象： 当f附< f内时， 附着层收缩， 液体不浸湿固体；
<900 θ f附
水 玻璃 水
θ f内 f附 f内
>900
水银 水银 玻璃
２.毛细现象： 液体浸湿毛细管壁时，管内液面上升；液体不浸湿毛细 管壁时，管内液面下降 。 液面上升的原因: 平衡时，PB = PA