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模型正確的地方

表面張力是由物態(tài)內(nèi)部的吸引力導(dǎo)致的，拿液體為例，液體內(nèi)部分子之間的吸引力一般比氣體中分子之間或氣體與液體之間的分子之間的吸引力要大。

表面張力的起因?qū)嶋H上是界面所造成的不對稱。

誤解

表面張力是一個位于表面內(nèi)的力，而不是一個施加于表面上的力。表面張力不一定垂直于表面。

一般來說一個物態(tài)內(nèi)部的原子或分子在穩(wěn)定的狀態(tài)下即受到吸引力又受到互相之間的排斥力。兩種力平衡。在這種狀態(tài)下原子或分子之間的平均距離大致相同。在模型中為了簡略起見沒有提到排斥力，但假如缺乏排斥力的話，那么原子或分子就會被吸引力加速而更加緊密。由于表面的原子或分子受到的界面對面的排斥力比較小，因此界面的原子或分子之間的距離比內(nèi)部的原子或分子之間的距離大，這里的原子或分子的密度比較小，相對于物態(tài)內(nèi)部而言其原子或分子的能量比較高，而這個能量的增高就是表面張力的原因。

表面張力是一個內(nèi)力，即使在平衡的狀態(tài)下表面張力也存在。比如一個物質(zhì)的氣態(tài)和液態(tài)同時平衡存在的情況下，則兩態(tài)之間的邊界不變動，也就是說，在界面上垂直于界面的凈力為零。

后果

表面張力促使液體縮小其表面面積，來減少未滿足的化學(xué)勢。由于球面是同樣體積下面積最小的面(體)，因此在沒有外力的情況下（比如在失重狀態(tài)下），液體在平衡狀態(tài)下總是呈球狀。

在液體滴（比如水滴）中，或在液體內(nèi)的氣泡里，由于表面張力界面上的壓力比液體內(nèi)部的壓力高。出于同理在肥皂泡內(nèi)部的壓力比外部高。描寫這個壓力差的公式是楊-拉普拉斯公式。

測量

水銀

使用環(huán)、片、張力表或毛細現(xiàn)象可以測量表面張力。

人們也可以對懸著的液滴進行光學(xué)分析和測量來確定液體的表面張力系數(shù)。

下面列舉了一些測量方法：

毛細管上升法：簡單，將毛細管插入液體中即可測量，雖然精確度可能不高。

掛環(huán)法：這是測量表面張力的經(jīng)典方法，它甚至可以在很難浸濕的情況下被使用。用一個初始浸在液體的環(huán)從液體中拉出一個液體膜（類似肥皂泡），同時測量提高環(huán)的高度時所需要施加的力。

威廉米平板法：這是一種萬能的測量方法，尤其適用于長時間測量表面張力。測量的量是一塊垂直于液面的平板在浸濕過程中所受的力。

旋轉(zhuǎn)滴法：用來確定界面張力，尤其適應(yīng)于張力低的或非常低的范圍內(nèi)。測量的值是一個處于比較密集的物態(tài)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的液滴的直徑。

懸滴法：適用于界面張力和表面張力的測量。也可以在非常高的壓力和溫度下進行測量。測量液滴的幾何形狀。

最大氣泡法：非常適用于測量表面張力隨時間的變化。測量氣泡最高的壓力。

滴體積法：非常適用于動態(tài)地測量界面張力。測量的值是一定體積的液體分成的液滴數(shù)量。

數(shù)值

水在20攝氏度時的表面張力系數(shù)為73mN/m。以下數(shù)據(jù)也都是20 °C時的測量數(shù)據(jù)：

相對而言水的表面張力相當(dāng)高，只有汞的表面張力要高得多。水的表面張力隨溫度 T 變化的經(jīng)驗近似方程為：

與溫度和成分的關(guān)系

表面活性劑降低表面張力。這個效應(yīng)可以描寫為一個相對于表面張力相反的平行壓π。不過π并不是真的壓力，它的單位與表面張力相同。

液面附近的空氣中的液體蒸汽壓已達到飽和，假如有其它蒸汽滲入的話表面張力會改變很大。

一般表面張力隨溫度升高而降低。在臨界點其值下降到0。描寫這個關(guān)系的是約特弗斯公式。

成因

圖解表面張力

用分子力解釋：液體的內(nèi)聚力是形成表面張力的原因。在液體內(nèi)部，每個分子都在每個方向都受到鄰近分子的吸引力（也包括排斥力），因此，液體內(nèi)部分子受到的分子力合力為零。然而，在液體與氣體的分界面上的液體分子在各個方向受到的引力是不均衡的（見圖解），造成表面層中的分子受到指向液體內(nèi)部的吸引力，并且有一些分子被“拉”到液體內(nèi)部。因此，液體會有縮小液面面積的趨勢，在宏觀上的表現(xiàn)即為表面張力現(xiàn)象。

用分子勢能解釋：液體內(nèi)部分子周圍有大量分子，因此，內(nèi)部分子的分子勢能較低。然而，表面層中的分子周圍的分子明顯小于液體內(nèi)部分子的，所以，表面層的分子有較高的分子勢能。為了達到低能量的穩(wěn)定狀態(tài)，表面層中的分子有向液體內(nèi)部移動的趨勢，從而導(dǎo)致表面層中的分子數(shù)量減少，宏觀表現(xiàn)為液體表面積減小。

效應(yīng)

一些昆蟲如水黽可以利用表面張力在水面上爬行，非常扁的物體如鋁質(zhì)或鎳質(zhì)的錢幣、剃須刀片或鋁膜也可以通過表面張力浮在水面上。

在表面張力高的情況下水不易浸濕物體，還會從物體表面反彈。洗衣粉的作用之一就是降低水的表面張力。

生活中其他表面張力的例子：

水滴形成圓球狀，

豉豆蟲和水黽可在水面上行走。

針會浮在水面

荷葉上的水滴成圓球狀

歷史

1629年表面張力這個概念第一次出現(xiàn)，托馬斯·楊在1805年、皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在1806年、西莫恩·德尼·泊松在1830年及約瑟夫·普拉泰奧從1842年到1868年對表面張力的理論做出巨大貢獻。

相關(guān)

分離壓

浸潤

毛細現(xiàn)象

參考文獻

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