表面张力单位（液体表面张力是什么意思）

2022-07-16 15:35:19 发布:网友投稿

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表面张力单位(液体表面张力是什么意思)

膜在生活中见得太多了，大家都很熟悉。水滴表面和肥皂泡是常见的“膜”。但是你知道这部电影背后的理论吗？今天，让我们改善姿势，了解一下“膜”的力量——表面张力。

首先，什么是表面张力？

为了解释表面张力，我们必须首先进入微观世界，看看液体分子是如何相互作用的:

现在让我们选择液体中的一个水分子，是的，只有你，最可爱的那个:

无论朝哪个方向看，都会看到密度相同的水分子，所以对它的吸引力和压力是平衡的。

现在，让我们用空气体替换上半部分的水:

假设上下部分压力相同(第二节将介绍不同压力的情况)，由于空气体对水分子的吸引力小于水分子之间的吸引力，表面的水分子会受到指向液体内部的力，部分水分子会被拉入液体内部，当空气体靠近时，表层的水分子会变得稀疏，直至吸引力减弱并趋于平衡。表层水分子间距大于r0，吸引力占优势:

表面张力是液体表层水分子之间的吸引力(而不是将水分子垂直拉到表面的力)。这个力使液体表面像一层紧密的橡胶膜。表面张力系数σ的第一个定义是:作用在液体表面单位长度上的张力大小，单位为牛顿/米..

具有“橡胶膜”一般特性的肥皂水液膜。穿刺一侧后，另一侧在表面张力的作用下迅速回缩。录音机:朱博罗夫

垂直于液体表面的拉力使表面的水分子具有势能，称为表面自由能(在不引起混乱的情况下可以简称为表面能)。当你克服表面张力，扩大液体的表面积时，实际上做功是为了把原来位于内部的一部分水分子提升到表面(相应地，通过减小表面积可以在外部做功)，所以表面张力系数σ有第二个定义:单位面积的表面能，单位为J/m2。

这两个定义是等价的。我们可以通过分析表面张力或“希望”液体具有最小的表面能来得出同样的结论。

为什么膜会这样弯曲？

如果界面两侧存在气压差，膜会弯曲以平衡气压差，气压高的一侧会使膜向气压低的一侧凸起，这就是吹气泡的原理。

什么，谁不知道吹泡泡的原理？那么请解释一下，当两个肥皂泡，一大一小，用管道连接起来的时候，为什么小气泡往大气泡里吹气？

录音机:庸俗化

这种现象很容易用表面能来解释:在表面张力系数不变的情况下，一个大气泡的表面积小于两个小气泡的总表面积。如果要从力的角度解释，需要推导出弯曲界面两侧的压力差(杨-拉普拉斯公式)。这里，给出了一个相对简单的推导方法:

假设薄膜向X方向弯曲，曲率半径为R，表面张力F=σdy，sinθ≈dx/r作用在微小长度dy上，球内合力为Fsinθ=σdxdy/r(每边的力不乘以2，因为是相邻两块面板分担的)，由压力差平衡，除以面积dxdy得到的压力差为σ/r，对于球面， X和Y两个方向都是弯曲的，所以球体内部的压力比球体外部的压力高2σ/r(对于肥皂泡，因为有两层界面，所以必须乘以2)。

这可能意味着膜弯曲得越多，合力的向下分量就越大，表明压差越大。因此，在相同的外部气压下，气泡半径越小，内部压力越大，使得空气体从小气泡流向大气泡。

当半径为零时，需要一个无限大的压差。这个结论看似无用(因为实际的膜必须有一定的厚度)，但如果纯水通过空产生气泡(或者纯蒸汽凝结成水滴)，这个性质确实会阻碍气泡(或水滴)的产生，这也是超纯水不沸腾也能高于沸点的原因。但只要有哪怕一点点小杂质，就会打破无限压差的需求，立刻产生气泡。气泡室就是根据这个原理来探测微小颗粒的。

因此，过冷蒸汽在低于凝点时不会冷凝。根据这个原理，可以制作一个云室来显示带电粒子。阅读更多:NMET动画:物理。

制造一个大泡泡——为什么会破？

我想吹一个大泡泡，但是为什么拉长了容易破？

记录器:极端故障

这种现象被称为坪-瑞利不稳定性。我们在圆柱形界面上加入了波长为λ的扰动，截面上的曲率变化rx促进了柱的分裂，但纵截面上的曲率变化ry阻碍了分裂，后者的影响随着λ的增加而减小。

定量结论是波长大于圆柱体直径的扰动会不断放大，导致圆柱体断裂。不仅长气泡容易破裂，原来连续的细水流在下落时也容易在扰动下破裂，形成一系列小水滴。很多人研究这种现象，不是为了吹泡泡，而是为了设计喷墨打印机。

水龙头的水柱(摄影师:LePtC)

亲水、疏水、接触角

除了气体和液体，现在我们增加了一个新的角色——固体表面。玻璃表面对水分子的吸引力很大(虽然玻璃的主要成分是二氧化硅，但由于化合价不饱和，其表面通常会结合许多羟基)。如果水滴接触的界面是玻璃，它将与空气体相反:界面中的水分子比平衡时更拥挤，表面张力扩大，表面能为负。整滴水都会希望与玻璃的接触面积越大越好(同时与/[k0/]气体的接触面积越小越好)，并形成特定的接触角θ。角度越小，固体表面的亲水性越强。