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生活中存在的一些表面張力現(xiàn)象

來(lái)源:王輝 瀏覽 1363 次 發(fā)布時(shí)間:2022-10-13

表面張力指的是液體表面任意二相鄰部分之間垂直于它們的單位長(zhǎng)度分界線相互作用的拉力。表面張力的形成同處在液體表面薄層內(nèi)的分子的特殊受力狀態(tài)密切相關(guān)。表面張力還存在于不同相之間的界面,并非只限于液-氣之間,其他如液-固和氣-固之間也有,甚至不互溶的兩液相之間也有表面張力,它們更正確的名稱應(yīng)為界面張力。當(dāng)一液滴在固體表面上,在氣、固、液三相的交會(huì)點(diǎn)相互間的表面張力成一平衡狀態(tài),因此產(chǎn)生了液相與固相界面的接觸角。液滴在固體表面上有兩種極端的情況,如果液體完全潤(rùn)濕固體表面,則接觸角趨近于0,如水在玻璃表面上。如果液體完全不潤(rùn)濕固體表面,則接觸角趨近于180度,這時(shí)液體成為球滴,如水銀在玻璃上或水在鐵氟龍表面上。表面張力的存在形成了一系列日常生活中可以觀察到的特殊現(xiàn)象。


生活中存在的一些表面張力現(xiàn)象


細(xì)心觀察蓮花、芋頭葉及甘藍(lán)菜的葉面,我們發(fā)現(xiàn)水珠可以在這些葉面上自由的滾動(dòng)。自來(lái)水筆的墨水不會(huì)因地心引力而滴出、毛筆上的墨汁不會(huì)掉下來(lái)。水滴在水龍頭下會(huì)慢慢形成一個(gè)球狀的液滴再滴下來(lái),肥皂泡泡吹出來(lái)不會(huì)破。這些現(xiàn)象都是和表面張力有關(guān)。水珠能在荷葉上自由的滾動(dòng),這是因?yàn)樗谌~面上的接觸角介于130~160度之間,接觸角大顯示出水珠不易潤(rùn)濕表面。而自來(lái)水筆的墨水不會(huì)滴出來(lái)以及毛筆的墨汁不會(huì)掉下來(lái)是因?yàn)橐后w的毛細(xì)管現(xiàn)象。因?yàn)槊?xì)管的水與管壁的接觸角小于90度,表示水與管壁的附著力較水分子間的內(nèi)聚力大,由于附著力與表面張力的相互作用,一垂直毛細(xì)管端的液滴會(huì)被吸住,并和重力達(dá)到平衡,這就是自來(lái)水筆的墨水不會(huì)因地心引力而滴出的原因。而便宜的原子筆往往因表面張力的控制不良而不順暢或油墨溢出。毛筆上的墨汁不會(huì)掉下來(lái)也是毛細(xì)現(xiàn)象的關(guān)系。


表面張力牽涉到生活中許許多多的特殊現(xiàn)象,在與表面張力有關(guān)的各種現(xiàn)象中,接觸角扮演著極為重要的角色,藉由改變表面張力可以控制接觸角,進(jìn)而應(yīng)用由表面張力所牽涉到的各種現(xiàn)象。例如當(dāng)液體表面累積有電荷時(shí),由于同性相斥的關(guān)系,拉伸薄膜所需的力就會(huì)減少,表面張力也因而降低。電濕潤(rùn)(electrowetting)就是利用這種現(xiàn)象,在液面施一電壓,藉由表面張力的減少和接觸角的改變,掌控液-固間的潤(rùn)濕狀態(tài)。蓮葉的自潔功能是由于納米的表面纖毛結(jié)構(gòu)使其具有與水的超高接觸角。科學(xué)家在了解這種自然界神奇功能的原理后,開(kāi)發(fā)出可以運(yùn)用在建筑物的外墻、汽車的烤漆、衛(wèi)浴設(shè)備的瓷釉上的涂層,這些涂層材料達(dá)到自潔的功效,成為真正的「不沾鍋」,在生活中廣泛的應(yīng)用。


表面張力以及接觸角的測(cè)試可以通過(guò)專業(yè)的表面張力儀器測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)測(cè)量液體表面張力值的測(cè)定儀器,基于原理的不同可以分為白金板法、白金環(huán)法、大氣泡法、懸滴法、滴體積法以及滴重法等原理,實(shí)現(xiàn)液體的表面張力值的測(cè)量。

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