表面张力这个物理特性,在实际工艺应用中常常遇到,涉及到过程质量控制的产生机理,作为质量人也不得不了解其产生机理和识别以及控制方法,既物理自然规律,是无法消除的,我们只能利用这个自然规律和物理特性,为我们过程质量所用,不给过程质量添乱,特别是在表面处理制程中,需要特别留意。 下面是通过各方搜集整理汇总而成,作为学习记录分享给各位朋友,希望同样也对你有帮助,如有遗漏和错误之处,欢迎指出。
我们先来了解一下表面张力的基本常识,不过您也可以通过搜索引擎搜到更多更详细的科普信息,下面还是累述一遍,仅仅分享给大家表面张力的基本知识。
关于表面张力:
多相体系中相之间存在着界面。习惯上人们仅将气---液,气---固界面称为表面。
通常,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为零,但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,所以该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为表面张力。将水分散成雾滴,即扩大其表面,有许多内部水分子移到表面,就必须克服这种力对体系做功——表面功。显然这样的分散体系便储存着较多的表面能。
表面张力是物质的特性,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。
在293K下水的表面张力为72.75×10-3 N·m-1,乙醇为22.32×10-3 N·m-1,正丁醇为24.6×10-3N·m-1,而水-正丁醇(4.1‰)的界面张力为34×10-3 N·m-1。
凡作用于液体表面,使液体表面积缩小的力,称为液体表面张力。它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫做表面层,表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大一些,分子间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些,弹簧反而表现具有收缩的趋势。正是因为这种张力的存在,有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。
液体表面张力的影响因素有:
1)无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的多;
2) 水的表面张力72.8mN/m(20℃);
3)有机液体的表面张力都小于水;
4)含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大;
5)含F、Si的液体表面张力最小;
6)分子量大表面张力大;
7)水溶液:如果含有无机盐,表面张力比水大;含有有机物, 表面张力比水小。
8)外因:温度升高表面张力减小;
9)压力和表面张力没有关系。
定义及相关:
(1)定义或解释
①促使液体表面收缩的力叫做表面张力。
②液体表面相邻两部分之间,单位长度内互相牵引的力。
(2)单位
表面张力的单位常用达因(F/m)。
(3)说明
①表面张力的方向和液面相切,并和两部分的分界线垂直,如果液面是平面,表面张力就在这个平面上。 如果液面是曲面,表面张力就在这个曲面的切面上。
②表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的,分子间经常保持平衡距离,稍远一些就相吸,稍近一些就相斥,这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散,而只能在平衡位置附近振动和旋转。
在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用,受力不均,使速度较大的分子很容易冲出液面,成为蒸汽,结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说,它们处在特殊的情况中。
表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小,在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此,如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分,这种表面层中任何两部分的相互牵引力,促使了液体表面层具有收缩的趋势,由于表面张力的作用,液体表面总是趋向于尽可能缩小,因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。
③表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。可写成F=σL或σ=F/L。
比值σ叫做表面张力系数,它的单位常用dyn/cm。在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
表面张力在自然界中:
在自然界中,我们可以看到很多表面张力的现象和对张力的运用。比如,露水总是尽可能的呈球型(题图),而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在水面上。
在我们的生活中,有许多地方都体现出液体的表面张力:
表面张力的实验:这个实验,也可以说是一个关于表面张力的小游戏。先找一个朋友和你一起来进行这个游戏,然后准备一杯水(把水加到杯子的边缘处,目视水至杯口齐平处),16枚1元的硬币(也可以更多)。然后是这个游戏的规则,和朋友每人一次向杯子里轮流投放硬币,每次投放硬币数没有限制,可以一次放进1枚,可以2或3枚,或者更多,直到谁先把水溢出杯子为止。投放硬币的时候用拇指和食指捏住硬币轻轻的放进盛满水的杯子。本人最多一次投放了16枚1元硬币。呵呵,好的大家去试试吧。
来试试另外几个游戏,看看表面张力是个啥样子的。
入几枚1元的硬币,前提是保证水不会溢出来。在一杯装满水的杯子内能漂浮几枚1角的硬币?
3. 回形针能浮在水面上吗?
水黾在水面运动,既不会划破水面,也不会浸湿自己的腿。 它在水面上每秒钟可滑行100倍于身体长度的距离,这相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。
如何理解表面张力?
这是来自知乎的一段文章,介绍表面张力比较清楚,摘下汇总在一起记录下来。
作者:Type transient 来源:知乎(著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。)
表面张力存在于,比如非常小的细管内的毛细现象,比如肥皂泡以及涉及液体与固体之间的浸润与非浸润的情况等,来一一说明
1.在温度一定时,不同液体的表面张力会不同
比如下面表格在10摄氏度时不同液体的表面张力差异很大
2.同种液体,在不同温度时表面张力会不同
比如下面表格温度越低表面张力越大
3.表面张力的测量往往选取最大值
由于距离不同表现出的表面张力也不同,因此测量往往取最大值,也就是右方图中的Fmax
4.接触角
在在三种介质的边界面相交于一点的情形中,接触线受到三个不同边界面的表面张力,为了维持平衡,表面张力的合力在这些方向上的分量必须等于零,这就要求三个边界面交成一定的角度。
由于接触角的不同和浸润与非浸润的情况就可以解释题主所说的完全不同的水滴效果
常见的有下图三种情况
当角度
特别声明:文章来源用户上传并发布,本站只提供信息存储服务,不拥有所有权,内容仅供参考。