表面张力课件.pptxVIP

**表面張力

**表面張力在液體內部的分子，受到來自鄰近分子間的吸引力，平均來說是相等的，即所受到鄰近分子的吸引力的合力為零。處於液體表面的那些分子，卻因氣相中分子的密度小，對液體表面分子的吸引力很小以至於可忽略不計，而使液體表面分子受到一個指向液體內部的不平衡的淨拉力。這個不平衡的淨拉力有使液體表面分子盡可能地離開液體表面進入液體內部的趨勢。從而使液體表面具有張力，有自發收縮的趨勢。

**表面自有能液體內部的分子移至液體表面（增加新表面）就必須克服淨拉力對分子作功，才能將分子移至液體表面。由於對分子作功，所以移至液體表面後，分子具有的能量就比在液體內部時高。因此表面自由能是一種過剩量，即與正常體相內部相比較時，表面多出的那部分自由能，因此也稱表面過剩自由能。

**液體表面張力和表面自由能分別是用力學和熱力學的方法研究液體表面現象時採用的物理量，有相同的量綱，採用相應的單位時(例如分別用mN/m和mJ/m2)，數值相同。採用表面自由能，便於用熱力學原理和方法處理介面；採用表面張力概念以力的平衡方法解決流體介面的問題具有直觀方便的優點。

**影響表面張力的因素表面張力是分子間吸引力強弱的一種量度。因此引起分子間吸引力變化的因素都會引起表面張力的變化。溫度對表面張力的影響隨溫度的升高，液體的表面張力一般都會下降，當溫度接近臨界溫度時，液相和氣相的界線逐漸消失，表面張力最終降為零。原因：液體的表面張力隨溫度升高而下降主要是由於液體的飽和蒸氣壓增大，氣相中分子密度增加，因此氣相分子對液體表面分子的吸引力增加。同時溫度升高會使液相的體積膨脹，液相分子間距增大，分子間相互作用力減小。這兩種效應均使液體的表面張力減小。

**影響表面張力的因素表面張力是分子間吸引力強弱的一種量度。因此引起分子間吸引力變化的因素都會引起表面張力的變化。壓力對表面張力的影響氣相的壓力對液體的表面張力影響的因素要比溫度對液體表面張力的影響複雜得多。首先氣相壓力的增加使氣相分子的密度增加，有更多的氣體分子與液面接觸，從而使液體表面分子所受到的兩相分子的吸引力不同的程度減小，導致液體表面張力下降。但液體表面張力隨氣相壓力變化並不太大。另外氣相壓力增加，氣相分子有可能被液面吸收，溶解於液體中改變液相成分使液體表面張力發生變化。

**表面張力引起的附加壓力由於液體表面存在著表面張力，在表面張力的作用下彎曲液面的兩邊存在著壓力差：在曲面的曲率中心這邊的體相因受到附加壓力的影響，其壓力比曲面另一邊體相的壓力大。

**表面張力引起的附加壓力Young-Laplace公式：設一毛細管，管內充滿液體，管端有半徑為r的球狀液滴與之平衡，此時液滴的表面積、體積、表面自由能分別為：若對活塞施加一個很小的壓力，此時液滴的表面積及體積及表面能的增量分別為:

**表面張力引起的附加壓力Young-Laplace公式：環境對體系所作的膨脹功為：此功轉變為體系的表面能：得:對於任意曲面：

**毛細現象接觸角0°≤θ＜90°，液面上升，呈凹月面；接觸角180°≥θ＞90°，液面下升，呈凸液面；

**液體蒸氣壓與表面曲率關係在一定溫度下，當氣液兩相達到平衡時，液體的飽和蒸氣壓是一恒定值，這是對液面為平液面而言。當液面為曲面時，由於表面張力的影響，使彎曲液面兩側存在著壓力差，因此造成彎曲液面的飽和蒸氣壓與平液面不一樣。根據氣液相平衡時，可得：Kalvin公式

**Kalvin公式表明液面為凸液面的小液滴，其平衡蒸氣壓pr比平液面的平衡蒸氣壓p0高，且液滴的曲率半徑越小平衡蒸氣壓越大。反之若液面為凹液面，如玻璃毛細管中當形成凹液面時，與液面平衡的蒸氣壓pr比平液面的平衡蒸氣壓p0小。

**測試方法可以分為兩大類：靜態法與動態法。靜態法是基於平衡的靜止液面的測定。其測定是根據兩種不同的基本原理：一是Lap1ace方程，即曲面兩側的壓力差取決於其表面張力及曲率半徑。因此只要測定一定曲率半徑下的壓力差就可求得表面張力，如毛細管上升法和滴重法。另一原理是使它們形成液膜，並測定使液膜擴展到破裂為止所需的力，如環法。第一種原理的測試方法較精確，而第二種精確度較差，但方便、快速。動態法則是根據：當液體表面發生週期性的擴張和收縮(振動)時，表面張力將會起到促進或阻礙的作用，即總要使它恢復原狀。通過測定這一振動的波長，就可以確定液體的表面張力。

**將玻璃毛細管垂直插入待測液體中，液體在表面張力作用下，在玻璃毛細管內形成彎月面，並上升一定高度h，此時表面張力與h之間的關係為：——毛細管上升法一般情況下，此式難於用來測定液體的表面張力，因為接觸角θ的測定難以達到所要求的精度。只