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怎么理解液體的表面張力?
來(lái)源:知乎 瀏覽 440 次 發(fā)布時(shí)間:2019-07-19
在確定的條件下,水的表面張力是一個(gè)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(shuō)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(gè)問(wèn)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(wèn)題理解起來(lái)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(méi)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(shuō):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(huì)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(duì)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(shì)能的表現(xiàn),就是求一下偏導(dǎo)而已。分手的理由,我們?cè)谝黄鸩缓线m!當(dāng)最上面一層分子或原子與其他物質(zhì)接觸時(shí),與其他物質(zhì)的表面的分子或原子玩耍過(guò)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(shí),是不是感覺(jué)自在,沒(méi)什么壓力,但是,當(dāng)你和你的老師或父母一起玩耍時(shí),是不是不自在,有壓力。對(duì),就是這兩層分子在一起玩耍時(shí),能不能自在!??!越是不匹配的,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?。?!就是賤。
理解了不同物質(zhì)的分子或原子結(jié)構(gòu),再來(lái)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(méi)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?!自然界沒(méi)有人那么虛偽,人會(huì)與不喜歡的人交流,會(huì)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(dòng)。
表面張力是個(gè)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(lái)說(shuō)說(shuō)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(rùn)與非浸潤(rùn)的情況等。來(lái)一一說(shuō)明。
1、在溫度一定時(shí),不同液體的表面張力會(huì)不同比如下面表格在10攝氏度時(shí)不同液體的表面張力差異很大;
2、同種液體,在不同溫度時(shí)表面張力會(huì)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(cè)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(cè)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(gè)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(gè)邊界面交成一定的角度。
由于接觸角的不同和浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)的情況就可以解釋題主所說(shuō)的完全不同的水滴效果常見(jiàn)的有下圖三種情況;
當(dāng)角度>160度時(shí)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!