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怎么理解液體的表面張力?
來源:知乎 瀏覽 440 次 發(fā)布時間:2019-07-19
在確定的條件下,水的表面張力是一個定值。但是輕輕的滴一滴水滴在荷葉上和在普通桌面上的形態(tài)不一樣?或者說不同材質(zhì)的衣服上濺了水,但可能是完全不同的水滴效果,怎么理解這個問題,怎么理解液體的表面張力?
先理解界面能,從能量的角度,也就是熱力學(xué)的角度出發(fā),很多問題理解起來是系統(tǒng)性的。首先,物體的表面是缺陷!試想一下,一種物質(zhì)內(nèi)部,結(jié)構(gòu)井然有序,但是在表面,最外面的原子或分子卻暴露在外部,再上面再也沒有小伙伴一起玩耍,只能和下面的伙伴玩耍,所以,表面最上層的原子或分子,必定與內(nèi)部其他原子有所不同,內(nèi)部有部分不合規(guī)矩的原子造成的是小缺陷,但是在表面的所有原子都不合規(guī)矩,所一,表面是大缺陷!造成大缺陷是需要能量的!
所以說:表面原子比物質(zhì)內(nèi)部的原子具有更多的能量,因此,根據(jù)能量最低原理,原子會自發(fā)的趨于物質(zhì)內(nèi)部而不是表面。表面能的另一種定義是,材料表面相對于材料內(nèi)部所多出的能量。
表面張力,是表面能的力學(xué)表現(xiàn),就像重力是重力勢能的表現(xiàn),就是求一下偏導(dǎo)而已。分手的理由,我們在一起不合適!當(dāng)最上面一層分子或原子與其他物質(zhì)接觸時,與其他物質(zhì)的表面的分子或原子玩耍過程,造成了表面能的不同,表現(xiàn)為表面張力不同。你想想,當(dāng)你和你的小伙伴一起玩耍時,是不是感覺自在,沒什么壓力,但是,當(dāng)你和你的老師或父母一起玩耍時,是不是不自在,有壓力。對,就是這兩層分子在一起玩耍時,能不能自在?。。≡绞遣黄ヅ涞?,大原子半徑的和小原子半徑的在一起玩耍,不自在,不匹配,表面能大,不想和它們相處,于是就想往里縮??!找自在的地方。比如,一粒水滴落到塑料上,TM都是不匹配,不想打交道的分子,于是都往里面縮,水滴很鼓,很生氣。但是遇到和自己匹配的物質(zhì)的表面,都躺展了!?。【褪琴v。
理解了不同物質(zhì)的分子或原子結(jié)構(gòu),再來考慮表面張力就不難了,水分子討厭荷葉的表面(分子結(jié)構(gòu)不同,電子結(jié)構(gòu)不同,不匹配),于是都不想當(dāng)表面,于是水滴很鼓。水分子如果遇到喜歡的分子,必定躺展??!這就是為什么水滴的形態(tài)不一樣,就是雙方表面的分子互相接觸,如果沒什么沖突,就躺展,如果沖突,就變鼓。 所以以后看到荷葉上的露珠,你該想想,水珠是多么不爽荷葉,都?xì)夤牧耍。∽匀唤鐩]有人那么虛偽,人會與不喜歡的人交流,會在一起聊天喝酒,假裝很好,但是自然界,不喜歡,不匹配,就是赤裸裸的減少接觸,減少表面接觸的面積,讓能量達(dá)到最低,一種原始的美感,讓人感動。
表面張力是個定值是在很多限定條件下才成立的,表面張力的定義和概念就不多提了,來說說如何更好的理解液體的表面張力。
首先,表面張力存在于,比如非常小的細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)現(xiàn)象,比如肥皂泡以及涉及液體與固體之間的浸潤與非浸潤的情況等。來一一說明。
1、在溫度一定時,不同液體的表面張力會不同比如下面表格在10攝氏度時不同液體的表面張力差異很大;
2、同種液體,在不同溫度時表面張力會不同比如下面表格溫度越低表面張力越大;
3、表面張力的測量往往選取最大值;
由于距離不同表現(xiàn)出的表面張力也不同,因此測量往往取最大值,也就是右方圖中的Fmax
4、接觸角在在三種介質(zhì)的邊界面相交于一點(diǎn)的情形中,接觸線受到三個不同邊界面的表面張力,為了維持平衡,表面張力的合力在這些方向上的分量必須等于零,這就要求三個邊界面交成一定的角度。
由于接觸角的不同和浸潤與非浸潤的情況就可以解釋題主所說的完全不同的水滴效果常見的有下圖三種情況;
當(dāng)角度>160度時就出現(xiàn)了蓮花效應(yīng)(lotus effect);
希望此回答幫助題主更好的理解了液體的表面張力!