水的表面张力是多少?
当水流过一小群独立的水时,明显感觉到水与水团融为一体,水流明显有震颤现象。随着时间的推移,这一滩水会慢慢蒸发到空气中,不留痕迹。
我们也经常在早起锻炼时,观察路边花草叶子上留下的水珠。这些水滴是椭圆形或趋于球形。特别是在荷叶上,水滴会随着叶片的晃动在叶面上四处滚动,形状会发生变化,但基本上可以看出它的形状是向球体方向凝聚的。水滴不会扩散,附着在叶子表面形成水膜。
我们有时往杯子里加水。当水与杯口齐平时,我们还可以加入少量的水,明显高于杯口,不会溢出。
其实这些现象都可以理解为表面张力的作用。
那么什么是表面张力呢?它们以什么方式形成这种力量的存在?
根据现代物理学,表面张力的定义是:使液体表面收缩的力称为表面张力。液体表面两个相邻部分之间单位长度上的相互牵引力。
表面张力的方向与液体表面相切,并垂直于两部分的分界线。如果液体表面是一个平面,表面张力就在这个平面上。如果液面是曲面,表面张力在这个曲面的切面上。
传统上,人们把气体和液体的界面,气体和固体物体的界面称为表面。
通常由于环境的不同,物体表面的分子所受的力和物体内部的分子所受的力是不同的(液态水团也属于物体)。水团中的一个水分子受到周围水分子作用力的合力为零。
但是表面的水分子不是。因为上层空间水分子的引力小于内部液体中分子的引力,所以作用在分子上的合力不等于零。合力垂直指向液体内部,产生液体表面自动收缩的趋势,称为表面张力。
当水分子蒸发成水滴时,其表面被扩大,许多内部水分子移动到表面,因此这些分散的分子具有更多的表面能。分子要想离开这个表面,就必须克服这个表面能的束缚。
表面张力是物质的一种特性,其大小与温度和界面的性质有关。
表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体、液体和固体的交界处。是由表层液体分子的特殊情况决定的。液体中的分子几乎是挨着的,它们往往保持着平衡的距离,稍远一点相互吸引,稍远一点相互排斥。这就决定了液体分子不能像气体分子一样无限扩散,只能在平衡位置附近振动和旋转。
靠近液面的分子只受液体内部分子的作用,受力不均匀,使得高速运动的分子很容易冲出液面,变成蒸汽。结果,液体表面层(与气体接触的液体薄层)上的分子分布比内部更稀疏。
这是因为相对于液体内部分子的分布,它们处于一个特殊的位置。表层分子间的斥力随着彼此距离的增大而减小,在这个特殊的层中分子间的引力占主导地位。
表层任意两部分的相互牵引促使液体表层收缩。由于表面张力,液体表面总是倾向于尽可能地收缩,所以空气中的小液滴就倾向于球形。