生活物理【試閱】 - 金石堂

若從側面觀察玻璃杯中的水，會發現靠近杯壁的水面會稍微上翹。

這裡要來探討與此現象有極大相關的表面張力及界面張力。

你我身旁的物體都是由分子所組成。

與單一狀態相比， ... 好書試閱 《{noshow}》 生活物理 長澤光晴 著{noshow} 出版{noshow} 出版語系：{noshow}目前有{noshow}人說過讚有{noshow}篇評論 {noshow} 85折特價298元 加入購物車 第1章　生活與物理◎杯中的水為何在靠近杯壁處會上翹？水的表面張力與界面張力若從側面觀察玻璃杯中的水，會發現靠近杯壁的水面會稍微上翹。

這裡要來探討與此現象有極大相關的表面張力及界面張力。

你我身旁的物體都是由分子所組成。

與單一狀態相比，分子在和周遭其他分子相互影響時的能量較小。

液體內的分子無所不在，因此會使能量降低。

然而，液體表面之外不存在液體分子，因此其能量並不會少於內部分子。

換言之，液體表面（環境變化不連續的區域）愈大，整體能量就愈高。

這時，液體為了尋求能量穩定，就會沿著表面發生張力（γLV），讓表面積變小。

從水龍頭口滴落的水滴會呈現圓形，也是因為球體是同大小體積中，表面積最小的形狀。

然而，固體狀態下的分子無法自由移動，因此周圍的其他分子會附著於表面，試著降低能量。

此引力會試著縮小固體本身擁有的表面，稱為固體的表面張力（γSV）。

液體與固體的接觸面雖然會出現分子相互吸引的情況，但若環境呈不連續變化時，能量會相對較高，意味著讓界面變小的力量正在活動，此力量稱為界面張力（γSL）。

而物質與物質的組合決定究竟會形成何種力量。

就像一開始提到的水杯是因為玻璃表面張力較強，與水的界面張力較弱，使得水會沿壁面上翹。

此外，附近的水也可能因黏性影響受到牽引，使水的表面積增加。

當水上翹到某種程度時，表面張力與上翹的力量就會達到平衡，形成穩定狀態。

那麼，以鐵氟龍製成的高撥水性水杯又會是什麼情況呢？鐵氟龍的表現與玻璃相反，表面張力極弱，因此與水的界面張力較強（親和性低），這也使得靠近鐵氟龍杯子壁面的水會沿著壁面下滑並形成穩定狀態。

◎味噌湯碗為何會在桌面上滑動？摩擦與波以耳─查理定律將裝有味噌湯的熱湯碗放在溼的桌面或托盤中，有時會出現突然滑動的情況。

此現象與摩擦及波以耳─查理定律（Boyle-Charle’slaw）存在著相關性。

摩擦係指兩物體接觸時的面（界面）在嘗試平行移動時，制止兩界面作用的抵抗力。

味噌湯碗底部有著圓柱狀的凹槽，把湯碗放在溼桌面時，水分會在表面張力的影響下，填滿凹槽與桌面間的縫隙。

與桌面及凹槽間呈乾燥狀態時相比，這層薄水膜在潮溼狀態時不僅具備減少摩擦力的潤滑功效，更可讓桌面與凹槽接觸的部分形成密閉空間。

當湯碗夠熱時，殘留於密閉空間內的空氣就會受熱膨脹。

然而，這些空氣受到水形成的壁面阻撓，因此無法釋放至外部。

根據波以耳─查理定律，當閉密空間的體積相等時，一旦空氣溫度上升，壓力就會變大。

這也使得凹槽內的空氣壓力大於大氣壓力。

在這樣的情況下，密閉空間內的空氣會支撐起味噌湯與湯碗重量，因此湯碗凹槽直接下壓桌面的力量會變得非常弱，這也使凹槽與桌面間的摩擦力變得很小。

因此，只要桌面稍微傾斜，與桌面平行的重力分力就會讓湯碗朝低處滑行移動。

但若味噌湯過熱反而會破壞水膜，產生氣泡的同時，空氣也會釋放至外部。

◎電冰箱的製冷原理熱循環與帕爾帖效應家裡廚房中，電冰箱是不可或缺的電器產品之一。

若要像冰箱一樣達到冰鎮效果，就必須運用熱循環與熱電效應。

這裡就先來介紹利用壓縮與蒸發熱，一般家用冰箱常見的熱循環冷卻法。

家用冰箱會使用異丁烷等冷媒物質。

冷媒物質雖會以氣體形式存在，但只要是在高壓的常溫狀態下，就會轉變為液體。

氣體狀態的冷媒經壓縮機壓縮與冷凝器散熱後，就會形成稍微高壓狀態的液體。

其後，此液體會通過膨脹閥或毛細管，送往蒸發器，當壓力下降，液體的沸點便會跟著降低，這時液體就會開始劇烈蒸發。

當液體出現蒸發（汽化）時，就會開始吸取四周的熱能（汽化熱），使周圍溫度下降。

蒸發變成氣體的冷媒回到壓縮機內，並再次產生相同過程，如此一來，就能讓蒸發器四周常保冰冷狀態。

此方法為了壓縮冷媒物質必須使用到壓縮機，因此會產生震動及聲音。

為了解決產生的震動與聲音，有時會使用熱電致冷元件（Peltierdevice），透過熱移動而非機械性作動的方式進行冷卻。

熱電致冷元件是利用帕爾帖效應（Peltiereffect），當電流流過兩種材質相異的金屬或半導體接點時，一端的接點吸熱後，於另一端散熱的現象。

◎影印機為何能夠影印？靜電的應用空氣乾燥時脫掉衣服的話，會發出啪啪聲。

這是靜電所造成的現象。

靜電總被認為令人相當頭疼，但卻是影印機及印表機不可或缺的原理。

回商品頁 TOP 26 0401_6d45dcf