表面张力的公式与单位,表面张力的三种表示方法

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-04 14:35:58

此时,小编优雅地问道:那么,表面张力是什么?

读者齐声答道:表面每增长单位面积而带来的表面能的变化!

小编鼓掌后追问:表面能是什么?表面张力沿着什么方向?

读者沉默,向小编投来期待的目光……

·Part 2:张力,不过是吹个泡泡 ·

其实,上面所谈及的问题可以很直观地从量纲看出来。我们都接触过做功的概念,功的单位和能量一样,都是焦耳J。而功是物体受到的某个(单位为N)与物体在力的方向上移动的距离(单位为m)的乘积,即:1 J = 1 N·m。那么,力的单位除了N还可以写作 J/m,即每移动1m所引起的能量的变化。

表面张力的公式与单位,表面张力的三种表示方法(5)

然而有一种物理量的量纲是J/m,它代表着每单位面积蕴含的能量,这个物理量便是比表面能。比表面能是一个涉及分子间作用的概念,我们需要从微观去认识。

表面张力的公式与单位,表面张力的三种表示方法(6)

图3 氮气与水分子间作用势能的图示

在微观世界存在着多种多样的分子,比如上图所示的氮气与水分子。分子间组成的体系的势能与分子间的距离有关。这种关系正如两个人之间的关系,远了近了都不好。如果距离太近,彼此之间没了自我空间,情绪会不稳定,因此会产生相互排斥的作用;如果距离太远,每个人都太孤独,便会相互思念,彼此吸引。当彼此的距离恰到好处,便对应着能量的最低点,较为稳定。

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图4 水-空气界面示意

然而,这种关系的稳定程度是与双方分子的种类有关的。如图4所示,对于水-空气的界面而言,处于表面的水分子周围的分子种类较为丰富,除了其他水分子,还有空气中的氧气、氮气等分子。

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