水的表面张力与分子引力
在初中经常会遇到这样的物理题,考察的是“分子之间有引力”把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面,记下测力计的读书.让玻璃板的下表面接触水面,然后稍稍用力向上拉,发现弹簧读书变大。
答案经常说是因为是玻璃板与水的接触
面之间存在分子引力。
但我认为有可能是水的表面张力的原因。
拉力增大是由于表面张力的缘故,玻璃与水是浸润的,拉起玻璃板时, 水的表面会有收缩趋势,会额外对玻璃板施加一个向下的拉力,因此弹簧秤示数增大。
那么什么是水的表面张力呢?
我对水的表面张力的理解就是水想要尽可能的保持自身所能达到最小体积。
还句话说就是促使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。
所以当玻璃板和水面接触再慢慢提起的时候,水的表面张力回给玻璃板一个向下的力,使得弹簧秤的示数变大。
表面张力的形成同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状态密切相关。
液体表面任意二相邻部分之间垂直于它们的单位长度分界线相互作用的拉力。
表面张力的存在形成了一系列日常生活中可以观察到的特殊现象。
例如:截面非常小的细管内的毛细现象、肥皂泡现象、液体与固体之间的浸润与非浸润现象等。
玻璃板上的水银滴基本上呈球形,这是因为水银滴外表面薄层内所有的分子都处在高势能状态。
如使分子总势能为极小,则表面必定呈圆球形。
如果设法消除重力的影响,例如把液滴放在比重相同又与液滴不起化学反应的另一种液体中,或在真空中自由下落,或在失重的人造卫星与火箭的环境中,则液滴将呈现理想的球形。
荷叶上的球形露珠,也可以用相同的道理来解释:地表的引力是竖直向下的,因此,如果叶面是完全水平的,而且只有引力没有张力,那么水会铺满叶面形成一薄层水膜;水的表面张力类似于吹大的气球的皮膜上的张力,它使表面积尽可能地小,由于同等体积的前提下球体的表面积最小,因此,如果只有张力没有引力,那么露珠将呈现完美的圆球状。
事实上,露珠是稍扁的球状,这显然是因为引力也有少许作用之故。
如果液体表面积增大ΔS,液体表面自由能增加ΔE,则表面张力系数σ等于增加单位表面积时,外力所需作的功,也可用下式表示σ=ΔE/ΔS。
这说明,表面张力系数σ在数值上等于增加单位表面积时所增加的表面能,在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分,在热力学中称为表面自由能。
从能的角度看,表面张力系数σ就是增加单位表面时所增加的表面自由能。
液体表面张力系数的性质表现为:
1.液体不同表面张力系数不同。
例如,密度小的,容易蒸发的液体表面张力系数小,如液氢和液氦;已熔化的金属表面张力系数则很大;
2.表面张力系数随温度的升高而减小,近似地为一线性关系;
3.表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关;
4.表面张力系数还与杂质有关,加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。
一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质,比水的表面张力系数小得多。
例如,在钢液结晶时,加入少量的硼,就是为了促使液态金属加快结晶的速度。
所以说分子引力与水的表面张力为因与果的关系,液体中分子之间的引力越小,水的表面张力可能就会越大。
对那道题来说,分子引力为微观的解释,而水的表面张力为宏观的解释。