表面张力能量理论效应
一、表面张力效应在现实中,一些昆虫可以在水面上爬行,针、镍币等物品可以浮在水面上,荷叶上的水滴成圆球状。原因就是表面张力,它使得液体的表面好像有一层弹性的薄膜一样。表面张力***次出现于1629年。托马斯·杨在1805年、皮埃尔-西蒙·拉普拉斯在1806年、西莫恩·德尼·泊松在1830年及约瑟夫·普拉泰奥从1842年到1868年对该理论做出了巨大贡献。二、表面张力定义表面张力是不同物态的物质之间在界面上产生的物理效应,简称张力,符号是σ或γ,单位是牛顿/米,或者是牛顿.米/米2。因为液体具有流动性,又具有一定的形状,所以,常常研究的是液体张力,即液态与固态、气态界面的情况。关于张力产生的理论主要有:1.吸引力之说表面张力是由于物态内部分子或原子之间的吸引力所致。气体分子之间的距离比较大,吸引力一般比较弱。液体或固体分子之间的距离比较小,所以吸引力也要大很多。2.热力学定义热力学对表面张力的广义定义为:表面张力σ是在温度T和压力p不变的情况下吉布斯自由能G对面积A的偏导数:表面张力的单位是能量/面积。3.界面所造成的不对称之说。4.做功理论要扩大一定体积的液体的表面,那么需要向这个液体中的分子作功。表面张力可定义为:扩大液体的表面所作的功除以新增的面积。因此,表面张力也可以被看作是表面能的密度。5.能量理论(新)能量理论提出“系统的能压定义”(可参见《能量学与哲学》),(平均)能压=系统内外压差/系统面积;这是个广义定义,与“热力学定义”或“做功理论”的定义思想非常相近,所以可直接作为张力的定义。力是能压的表现!同时,能量理论提出“能耗***小原理”(可参见《能量学与哲学》)。在没有外力的情况下,一个水滴希望自己达到能量***低的状态,这样***稳定。于是,尽量减少表面积,尽量变得光滑,这个***小表面积、***光滑的形体就是圆球。三、表面张力的性质1.表面张力是一个表面或表面内的力,即使在力平衡的状态下表面张力也存在,但表现不出来。也就是说,在界面上没有垂直于界面的力存在。2.表面张力不一定垂直于表面。3.一般表面张力随温度升高而降低。有临界点存在,且张力值下降到0。描写这个关系的是约特弗斯公式。4.表面活性剂可以降低表面张力。洗衣粉的作用之一就是降低水的表面张力。这个效应可以看作为一个相对于表面张力相反的平行能压,或者是***了系统的界面。界面***后,表面张力会下降很大甚至为0。5.对宏观系统来说,表面张力与表面的形状无关。6.能压平衡,力就平衡,物体就处于稳定状态。相对于物态内部而言,其界面处的原子或分子的能量比较高(可参见壁效应)。了解更多内容,请前往:ace-)
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