关于表面张力介绍

[拼音]：biaomian zhangli

[外文]：surface tension

作用于液体表面上任一假想直线的两侧，垂直于该直线且与液面相切，并能使液面具有收缩趋势的拉力。表面张力可以定量地用表面张力系数描写。若液面上一直线的长度为l，在l两侧的拉力为f，则实验给出f正比于l，即

f＝αl，

式中比例系数α 即称表面张力系数，它表示作用于液面上单位长度线段上的力，其单位为牛顿／米(N/m)。

表面张力的大小与液体性质及液面外相邻物质的性质有关，还与温度以及液体中所含杂质有关。实验表明α 值随温度的上升而变小，在一定的温度范围内二者通常相当准确地成线性关系，有的杂质可使液体的α 值增大，有的则相反。能使α 值减小的物质叫做表面活性物质。

从微观上看，表面张力是由于液体表面层内的分子之间的相互作用不同于液体内部，从而使表面层具有一种特殊性质的结果。

分子力是由引力和斥力两部分组成，二者都是短程力，引力的有效作用距离大约为分子的有效直径的几倍（纳米数量级），斥力的有效作用距离更短，可以认为仅在分子相接触时才起作用。以引力的有效作用距离σ作为液体表面层的厚度，则表面层以下液体内部的分子受到的其他分子的作用力相互抵消。在表面层内，除了最靠近表面的分子以外，其他分子受到的斥力也相互抵消，而最靠近表面层的分子受其他分子的引力的合力则不为零，并且越靠近液体表面，所受的引力合力也越大。于是，在表面层内就形成了一个分子引力场，液体分子从液体内部进入这个力场，其势能就增大；液体分子由表面层进入液体内部，其势能就减小。所以表面层内的分子有进入液体内部的趋势，这也就是液体表面有收缩趋势的微观本质。

由于表面层力场的存在，按照玻耳兹曼分布律，液体表面层内的分子密度是连续变化的，即越靠近液体表面，分子密度越小，因而分子间距离越大。故通常可以不考虑分子间斥力而仅考虑引力，这正是表面张力为拉力的微观本质。

从能量的角度看，液体表面积改变时，外力所做的功转变为液膜的表面能，而它是在等温条件可以转变为机械能的表面内能，即表面自由能，表面张力系数α就是表面自由能密度。

表面张力是液体的一个非常重要的特性，它和许多与液体有关的现象，如弯曲液面下的压强、气体中的液滴以及液体中的气泡的形成和消失、毛细现象、液体对固体的润湿等直接相关。表面张力的实验演示，（见彩图）

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