什麼是表面張力？ 定義和實驗 - Also see

這在概念上類似於穿著雪鞋穿過深雪地而沒有你的腳下沉。

漂浮在水面上的針（或回形針）。

儘管這些物體的密度比水大，但沿著凹陷的表面張力足以抵消重力拉下金屬物體。

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該術語通常僅在液體表面與氣體接觸時使用（如空氣）。

如果表面位於兩種液體（如水和油）之間，則稱為“界面張力”。

表面張力的原因各種分子間作用力，例如范德瓦爾斯力，將液體粒子吸引在一起。

沿著表面，顆粒被拉向液體的其餘部分，如右圖所示。

表面張力（用希臘變量γ表示）被定義為表面力F與力作用的長度d之比： γ=F/d表面張力的單位 表面張力是以國際單位制N/m（牛頓每米）來衡量的，但更常見的單位是cgs單位dyn/cm（達因/厘米）。

為了考慮這種情況的熱力學，從單位面積的工作角度考慮它有時是有用的。

在這種情況下，SI單位是J/m2（每平方米焦耳）。

cgs單位是erg/cm2。

這些力將表面顆粒粘合在一起。

儘管這種粘合力很弱-畢竟打破液體表面非常容易-它的確體現在許多方面。

表面張力的例子滴水。

當使用滴水器時，水不會以連續流的形式流動，而是會以連續的滴落形式流動。

水滴的形狀是由水的表面張力引起的。

水滴不完全是球形的唯一原因是由於重力拉下來。

在沒有重力的情況下，液滴會使表面積減到最小，從而使張力最小化，從而形成完美的球形。

昆蟲在水面上行走。

幾隻昆蟲能夠在水面上行走，如水str。

他們的腿形成分佈的重量，導致液體表面變得沉悶，最大限度地減少潛在的能量，以創造一個平衡的力量，以便str可以穿過水面移動而不會破壞表面。

這在概念上類似於穿著雪鞋穿過深雪地而沒有你的腳下沉。

漂浮在水面上的針（或回形針）。

儘管這些物體的密度比水大，但沿著凹陷的表面張力足以抵消重力拉下金屬物體。

點擊右邊的圖片，然後點擊“下一步”，查看這種情況的力量圖，或嘗試自己的浮針技巧。

肥皂泡的解剖學當你吹肥皂泡時，你正在創造一個加壓的氣泡，它包含在液體薄而有彈性的表面。

大多數液體不能保持穩定的表面張力以產生氣泡，這就是為什麼在這個過程中通常使用肥皂......通過稱為Marangoni效應的東西來穩定表面張力。

當氣泡吹起時，表面膜趨於收縮。

這會導致氣泡內部的壓力增加。

氣泡的尺寸穩定在氣泡內部的氣體不會進一步收縮的程度，至少不會冒泡。

事實上，肥皂泡上有兩個液體-氣體界面-一個在氣泡內部，另一個在氣泡外部。

在兩個表面之間是液體薄膜。

肥皂泡的球形是由表面積最小化引起的-對於給定的體積，球體總是具有最小表面積的形式。

肥皂泡內的壓力考慮肥皂泡內部的壓力，我們考慮氣泡的半徑R以及液體的表面張力γ（肥皂在這種情況下約為25dyn/cm）。

我們首先假定沒有外部壓力（當然這不是真的，但我們會稍微考慮一下）。

然後你考慮通過泡沫中心的橫截面。

沿著這個截面，忽略內部和外部半徑的細微差別，我們知道周長將是2πR。

每個內表面和外表面沿著整個長度將具有伽馬的壓力，因此總數。

因此，來自表面張力（來自內膜和外膜）的總力為2γ（2πR）。

然而，在氣泡內部，我們有一個壓力p，它作用於整個橫截面piR2，產生p（piR2）的總力。

由於泡沫穩定，這些力量的總和必須為零，所以我們得到： 2gamma（2piR）=p（piR2）要么 p=4γ/R 顯然，這是一個簡化的分析，其中氣泡外的壓力為0，但這很容易擴大以獲得內部壓力p和外部壓力pe之間的差異：p-pe=4gamma/R液滴中的壓力分析一滴液體，而不是肥皂泡，更簡單。

取代兩個表面，只考慮外表面，所以前面方程式中的因子為2（請記住，我們將表面張力加倍以解釋兩個表面？），以得出：p-pe=2gamma/R接觸角氣液界面會產生表面張力，但如果界面與固體表面接觸-例如容器壁-界面通常會在該表面附近向上或向下彎曲。

這種凹面或凸面表面形狀被稱為彎月面接觸角theta的確定如右圖所示。

接觸角可用於確定液固表面張力與液氣表面張力之間的關係，如下所示： gammals=-gammalgcosθ哪裡 gammals是液體-固體表面張力gammalg是液氣表面張力theta是接觸角在這個方程中要考慮的一件事是，在彎月面是凸面的（即接觸角大於90度）的情況下，該方程的餘弦分量將是負的，這意味著液體-固體表面張力將是正的。

另一方面，如果彎月面是凹面的（即傾斜下來，所以接觸角小於90度），則cosθ項是正的，在這種情況下，該關係會導致負的液體-固體表面張力！ 這基本上意味著液體粘附在容器壁上，並且正在努力使與固體表面接觸的面積最大化，從而最大限度地減小整體勢能。

毛細垂直管中與水有關的另一個影響是毛細管現象，其中液體表面在管內相對於周圍液體升高或降低。

這也與觀察到的接觸角有關。

如果容器中裝有液體，並將半徑為r的細管（或毛細管）放入容器中，毛細管內發生的垂直位移y由下式給出： y=（2伽馬lgcosθ）/（dgr）哪裡 y是垂直位移（如果是正值，則為負值，否則為負值）gammalg是液氣表面張力theta是接觸角d是液體的密度g是重力加速度r是毛細管的半徑注意：如果theta大於90度（凸形彎液面），導致液固表面張力為負值，液位將與周圍液位相比下降，而與其相關的上升相反。

毛細管現像在日常生活中以多種方式表現出來。

毛巾吸收毛細管。

燃燒蠟燭時，熔化的蠟因毛細管現象而升起燈芯。

在生物學中，雖然血液被泵送到整個身體，但正是這個過程將血液分佈在最小的血管中，這些血管稱為適當的毛細血管。

在全玻璃水中的宿舍這是一個巧妙的把戲！詢問朋友有多少宿舍在溢滿之前可以放滿一整杯水。

答案通常是一兩個。

然後按照下面的步驟來證明他們錯了。

所需材料： 10到12個季度充滿水的玻璃玻璃應該填充到邊緣，在液體表面稍微凸起。

慢慢地，用一隻穩重的手，每次把一個宿舍帶到玻璃中心。

把季度的狹窄邊緣放在水里，然後放開。

（這可以最大限度地減少對錶面的干擾，並避免形成不必要的波浪，從而導致溢出。

） 當你繼續住更多的宿舍時，你會驚訝地發現水在玻璃頂部凸出而沒有溢出！ 可能的變體：使用相同的眼鏡進行此實驗，但在每個玻璃杯中使用不同類型的硬幣。

使用多少人可以進入的結果來確定不同硬幣的體積比率。

浮針另一個很好的表面張力技巧，這使得針會浮在一杯水的表面上。

這個技巧有兩個變種，都是令人印象深刻的。

所需材料： 叉子（變體1）一張薄紙（變體2）縫紉針充滿水的玻璃變種1伎倆將針放在叉上，輕輕地將其放入水杯中。

小心地將叉子拔出，並且可以使針浮在水面上。

這個技巧需要一個真正的穩定的手和一些練習，因為您必須移除叉子，使針的部分不會被弄濕......或針會下沉。

您可以事先將手指之間的針擦到“油”，這會增加您的成功機會。

變種2伎倆 將縫紉針放在一張小紙巾上（足夠大以固定針頭）。

針被放置在薄紙上。

薄紙將被水浸濕並沉到玻璃的底部，使針浮在表面上。

熄滅蠟燭與肥皂泡沫這個技巧表明了肥皂泡中表面張力引起的力量。

所需材料： 點燃蠟燭（注意：不要在沒有家長認可和監督的情況下參加比賽！）漏斗洗滌劑或肥皂泡溶液用洗滌劑或泡沫溶液塗抹漏斗口（大端），然後用漏斗的小端吹氣泡。

通過練習，你應該能夠得到一個不錯的大氣泡，直徑約12英寸。

將拇指放在漏斗的小端。

小心地將它拿向蠟燭。

取下拇指，肥皂泡的表面張力會使其收縮，迫使空氣通過漏斗排出。

被泡沫擠出的空氣應該足以熄滅蠟燭。

有關相關實驗，請參閱火箭氣球。

電動紙魚這個從1800年代開始的實驗頗受歡迎，因為它顯示了由於沒有實際可觀察的力量而導致的突然運動。

所需材料： 一張紙剪刀植物油或液體洗碗機清潔劑一個盛滿水的大碗或麵包糕餅鍋另外，您將需要紙魚的圖案。

為了讓您對我的藝術嘗試感到滿意，請查看魚的外觀示例。

打印出來-主要特點是中心的孔和從魚洞到魚背的狹窄開口。

一旦你的紙魚圖案被切掉，把它放在水容器上，以便它浮在水面上。

將一滴油或洗滌劑放入魚中間的孔中。

清潔劑或油會導致該孔中的表面張力下降。

這會導致魚向前推進，留下一道油，因為它在水面上移動，而不是停止，直到油降低整個碗的表面張力。

下表列出了不同溫度下不同液體的表面張力值。

實驗表面張力值 與空氣接觸的液體溫度（攝氏度）表面張力（mN/m或dyn/cm）苯2028.9四氯化碳2026.8乙醇2022.3甘油2063.1汞20465.0橄欖油2032.0肥皂溶液2025.0水075.6水2072.8水6066.2水10058.9氧-19315.7氖-2475.15氦-2690.12AnneMarieHelmenstine博士編輯 Alsosee 如何平衡方程-可打印的工作表 科學 10步糖酵解 科學 熱塑性與熱固性樹脂 科學 我如何學習化學？ 科學 時間膨脹 科學 物理學如何工作 科學 貴金屬和貴金屬圖表 科學 瞄準大力士星團 科學 發現雲母礦物 科學 PH測量 科學 獲取熱冰幫助 科學 如何識別黑礦 科學 Newestideas 青銅時代 歷史與文化 汽車和駕駛術語 語言 法語介紹：LesPrésentations 語言 柯南O'Brien行情和笑話 怪念頭 簽證G-4對國際組織和國際組織EEUU 問題 10免費高利息的教訓-所有年齡的建築 視覺藝術 性與城市行情 文學 反式異構體定義 科學 裝飾發光棒燈籠 科學 製作CrystalMeth-打破壞境 科學 十大悲傷的聖誕歌曲 音樂 總理威廉里昂麥肯齊國王 問題 卡斯卡和朱利葉斯凱撒的暗殺 歷史與文化 性格分析：WillyLoman來自“推銷員之死” 文學 發明的精神（修辭） 語言 北科羅拉多大學招生 對於學生和家長 鋼鐵俠的車庫裡的汽車 汽車和摩托車 Alternativearticles 2015年最佳音樂劇 表演藝術 有史以來最有趣的政治言論 怪念頭 如何找到有償和免費的過去表現為純種賽車 愛好與活動 沙卡的起源 體育 為什麼要把鹽加入沸水中？ 科學 5種方法製造膠水 科學 如何用法語表達“CeN'estPasGrave” 語言 先知穆罕默德後世的傳記 宗教與靈性 如何寫羅馬數字 對於學生和家長 TorvaldHelmer的'玩偶之家'的獨白 文學 曾經神秘的月相解釋 科學