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分享生活中存在的表面张力现象
点击次数:580 发布时间:2018-11-21 打印本页面 返回
  分享生活中存在的表面张力现象
  表面张力指的是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。表面张力还存在于不同相之间的界面,并非只限于液-气之间,其他如液-固和气-固之间也有,甚至不互溶的两液相之间也有表面张力,它们更正确的名称应为界面张力。当一液滴在固体表面上,在气、固、液三相的交会点相互间的表面张力成一平衡状态,因此产生了液相与固相界面的接触角。液滴在固体表面上有两种极端的情况,如果液体完全润湿固体表面,则接触角趋近于0,如水在玻璃表面上。如果液体完全不润湿固体表面,则接触角趋近于180度,这时液体成为球滴,如水银在玻璃上或水在铁氟龙表面上。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。
  生活中存在的一些表面张力现象
  细心观察莲花、芋头叶及甘蓝菜的叶面,我们发现水珠可以在这些叶面上自由的滚动。自来水笔的墨水不会因地心引力而滴出、毛笔上的墨汁不会掉下来。水滴在水龙头下会慢慢形成一个球状的液滴再滴下来,肥皂泡泡吹出来不会破。这些现象都是和表面张力有关。水珠能在荷叶上自由的滚动,这是因为水在叶面上的接触角介于130~160度之间,接触角大显示出水珠不易润湿表面。而自来水笔的墨水不会滴出来以及毛笔的墨汁不会掉下来是因为液体的毛细管现象。因为毛细管的水与管壁的接触角小于90度,表示水与管壁的附着力较水分子间的内聚力大,由于附着力与表面张力的相互作用,一垂直毛细管端的液滴会被吸住,并和重力达到平衡,这就是自来水笔的墨水不会因地心引力而滴出的原因。而便宜的原子笔往往因表面张力的控制不良而不顺畅或油墨溢出。毛笔上的墨汁不会掉下来也是毛细现象的关系。
  表面张力牵涉到生活中许许多多的特殊现象,在与表面张力有关的各种现象中,接触角扮演着极为重要的角色,藉由改变表面张力可以控制接触角,进而应用由表面张力所牵涉到的各种现象。例如当液体表面累积有电荷时,由于同性相斥的关系,拉伸薄膜所需的力就会减少,表面张力也因而降低。电湿润(electrowetting)就是利用这种现象,在液面施一电压,藉由表面张力的减少和接触角的改变,掌控液-固间的润湿状态。莲叶的自洁功能是由于纳米的表面纤毛结构使其具有与水的超高接触角。科学家在了解这种自然界神奇功能的原理后,开发出可以运用在建筑物的外墙、汽车的烤漆、卫浴设备的瓷釉上的涂层,这些涂层材料达到自洁的功效,成为真正的「不沾锅」,在生活中广泛的应用。
  表面张力以及接触角的测试可以通过专业的表面张力仪器测试。一般来说测量液体表面张力值的测定仪器,基于原理的不同可以分为白金板法、白金环法、大气泡法、悬滴法、滴体积法以及滴重法等原理,实现液体的表面张力值的测量。

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