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表面张力的力量

摘要：表面张力无论在生活还是在物理中都是一个重要的物理量。它

是存在于液体表面层的相互作用力，它主要取决于液体的表面张力系

数。本文就从生活中的具体事例入手，通过实验阐述液体表面张力的

形成，并解释生活中的物理现象，分析表面张力的影响因素，最后展

示液体表面张力的应用。

关键词：液体表面张力；影响因素；用途

在我们的日常生活中存在着许多物理现象，也许我们对于它们已经

习以为常，但是当别人真正问起为什么的时候，我们才发现我们对它

们并不熟悉。在这里我们就来看看大自然中存在的一些物理现象，比

如说我们一不小心就打碎了体温计，里面的水银撒在地上，当我们仔

细观察就会发现这些小水银滴都是成球形的；雨后我们可以看到树上

的叶子，草上，最明显的就是荷叶上的小水珠都是球形的。而且我们

可以拿一杯水，取一枚细针，小心的水平放置在水上，我们会发现针

不会下沉而浮在水面上，并在针下方的水面形成一个小小的凹陷。究

其原因这些现象都和液体表面有关。

那么什么是液体表面张力呢?这一概念最早是在1805年由英国物

理学家托马斯首次提出，并作为研究对象得到社会的显著关注。液体

表面张力本质上是一种分子力，它促进了液体的表面收缩。其实液体

与空气接触时，会形成一个表面层，由于液体表面层结构不同于液体

内部，这就是相邻液体分子间的相互作用力变现为一种张力，而这种

张力就是表面张力。表面张力由液体分子问很大的内聚力引起。处于

液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的

力的作用，使得液体表面层有如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，使液体

尽可能地缩小它的表面面积。虽然液体表面层像一张紧绷的橡皮膜，

但是液体表面张力本质上与橡皮膜张力不同，橡皮膜的分子间距会随

着橡皮膜面积的增大而增大，而液体的表面张力却不受面积变化的影

响，当液体表面增大时，液体内部分子会自动补充到液体表面来维持

液体表面内分子间距不变。这就可以解释为什么树叶，草上的水滴成

球状了，因为球形是在一定体积下具有最小表面积的几何形体，在表

面张力的作用下，水滴总是力图保持球状。

那么究竟什么因素会影响液体的表面张力呢？

第一.它与液体本身的纯度与浓度有关。首先杂质会明显地改变液

体的表面张力，比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水，

表面张力就比洁净的水小，也就是说，洁净水表面具有更大的收缩趋

势。加入杂质导致的变化与液体的浓度有较大关系，具体表现出三种

情况：一是液体表面的张力随液体浓度的增加而上升；二是随着液体

浓度增加而下降；第三种有点特殊，当液体被稀释到一定程度时，液

体表面张力系数随浓度增加呈现极度下降的趋势，之后一般不随液体

浓度的变化而变化。

第二.表面张力还受液体温度变化的影响。一般来说，液体表面张

力与液体温度呈反比因为液体表面温度的升高，液体表面分子间的距

离会增大，使分子间的作用力变小，因此液体表面张力系数随液体温

度上升而下降。

第三.之前讨论过液体与空气接触时会形成一层表面层，其实不光液

体与气体之间有表面层，液体与固体器壁之间也存在着“表面层”，

这一液体薄层通常叫做附着层，它也一样存在着表面张力。这种力在

数值上跟粘附在固体周界上的液体表面与相邻液面之间的内力是相

等的.这就是影响液体表面张力系数的第三个因素，液体表层上的第

二种介质。当这种介质为另一种液体时，两种液体间的分子会发生相

互作用，影响垂直于液体表面合力的大小，导致液体表面张力系数的

变化。然而让这第二种介质为一种低密度气体时，它不会对液体的表

面张力系数产生太大影响。

利用表面张力，工业上有一种叫做表面张力过渡焊的东西，它是一

种CO2气体保护焊的半自动焊,但与传统的CO2气体保护半自动焊不

同,表面张力过渡表达的是以熔滴过渡的主要推动力为分类依据的一

个新概念,可以理解为导致一个熔滴完成过渡全过程的主要作用力为

表面张力,它是相对传统短路过渡工艺而言的.若不考虑重力与电磁力

的作用,可以认为熔滴向熔池的铺展、缩颈与断裂期间,完全处于熔池

与熔滴融合界面的表面张力作用下,即熔滴完成过渡全过程的主要推

动力是表面张力.在表面张力过渡工艺中,波形的控制与熔滴的空间状

态必须严格精确对应,这是关系到表面张力过渡能否真正实现的核心

关键。

生活中也有许多表面张力的例子。比如牙膏清洁口腔。液体与气体

接触的表面层，由于表面张力会出现表面收缩的趋势；液体与固体接

触的附着层会出现浸润与不浸润现象；由于表面层和附着层的影响，

在毛细管内又会出现毛细观象。用