球形与曲面水的表面张力力是不是两倍关系

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表面张力与润湿角的关系
我有很多关于表面张力的问题,很难单独罗列清楚。因此我把书上关于表面张力和润湿角关系的推导罗列下来,用咖啡色笔标注了我的问题。希望总结的推导对大家有帮助,也希望有人能来讨论一下我提出的问题。谢谢大家。
我对你渊博的知识表示好奇
非常谢谢您及时的回复。
您提到了蒸汽压,我就想到大气压。另外,我也想了一下关于液体互溶性的问题,了解了一下在液滴下面那部分固液表面的相互作用力。
我想是否可以这样考虑:
从水滴在洁净的玻璃表面完全铺展可以看出,水分子的氢氧键和玻璃表面的硅氧键之间的相互作用,会战胜水的表面张力,其作用效果相当于一个平行于接触面的拉力f,如图。不同液体和固体之间的力f不同,平衡态下都是达到表面张力(沿三相点切线方向)、大气压力P(垂直于表面张力方向)和固液界面相互作用力f 的三力平衡。同一大气压强下,润湿和不润湿现象(即润湿角的大小)主要取决于表面张力和界面相互作用力f 的大小。
您觉得这样解释合适么?
我按我的理解来解释:
在固体和液体内部,分子/原子间引力和斥力平衡,对应一个具体的分子密度和分子平均间距,如果间距增加了,那净作用力为吸引力,也就是张力;如果间距减小密度增加,精作用为斥力。在液体表面,有动态的蒸发,和凝聚现象,这样进进出出导致液面附近分子不够致密,平均距离增加,所以液面有表面张力。
在固液界面上,固体不论受到什么力它是固体,晶格可以形变但分子不能离位,不讨论它。在液体来说,界面对面不是蒸汽不是空气不是真空,而是很密集的固体分子。如果固体分子和液体亲和,那就是说固体对液体是吸引作用,液体收到吸引就压缩,液体的密度比液体内部略高,间距偏小,液体分子之间是净斥力!这个斥力和固体的引力平衡,保持了界面附近的平衡。
沿着固液界面一路到边,突然液体没了,说好的斥力爽约了,固体的吸引仍然在,所以液体就沿着固体表面爬出去;虽然斥力爽约了,但是上边的张力出现了,这个张力乘cos θ 后取代了‘没出现的斥力’,和固体的引力对抗,达成了新平衡。
固液界面行为是‘相互作用’,有一定选择性,不是固体和液体的各自独立性质的比较。界面行为也不涉及化学键,而是那几种分子间或者基团之间作用的体现,作用弱,距离远,没有键的那种饱和性。界面角和大气压没有直接关系,线是没有宽度,或者宽度很窄的,既然没有面积,那就没有压强作用的地方。压强和温度一起影响界面附近的蒸汽压,蒸汽分子密度,从而间接影响张力。
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随时随地聊科研有没有物理高手可以教教我“液体表面张力方向与液面相切”这个“液面”到底指的是什么啊?“表面张力的方向和液面相切,并和两部分的分界线垂直”这个“两部分”、“分界线”又是什么意思啊?帮帮忙吧,谢啦!
“液体表面张力方向与液面相切”这个“液面”,指的就是液体与空气接触的那个面,通常我们叫液体表面.如果是水,那就是指水面.如果是水银那就是指水银表面.如果液体是盛在容器里,那这个面就在上面,如果是某个平面上的一滴液体,那这个面就是除了底面以外剩下的那些露在空气中的部分,当然如果悬空,那它的所有表面就都是所指的液体表面了.“表面张力的方向和液面相切,并和两部分的分界线垂直”这个“两部分”、“分界线”又是什么意思啊?.那先要理解表面张力.关于表面张力:液体表面是有收缩趋势的.一滴水银滴在玻璃上;一滴滴在表面有油漆的纸或布上的水,再比如草叶上、荷叶上的水珠,他们都是扁球形对吧?如果这一点你认可就好办了.他们之所以呈这种扁球形地聚拢在一起而没有平摊开,就是因为他们的表面有一个膜,好比一个气球包着他们一样,这完全可以理解,不包着,就散开,没散开就包着喽,对吧?这个液体表面,我们暂且管他叫液体表面膜,比如露珠,它的表面膜,也是水,它包着内部的水.表面的水和内部的水分子间的情形不一样了,不一样的原因是它与空气接触,有分子扩散到空气中,使它的分子密度变小,这样分子间距离就变大,分子间的力就呈引力,就跟气球被吹鼓后气球的膜分子间的情形相似.吹鼓的气球有收缩趋势对吧?气往外推气球,气球往里压气体,就有收缩趋势嘛!在液体表面的这个曲面上用刀切一下,就是划一条线.能想象出来吧?这一条线,就把液面分成了两个部分,好比在蒸好的发糕表面切一刀一样,发糕就成了两部分了.这样你说的“分界线”和“两部分”就出来了,对吧?液体的这两部分之间,就有互相拉伸的力,对吧?都往自己那面拉.正是这个力,使液体表面收缩嘛!在你划的那条线上任意找一点,那这两个部分在此点的作用情形是什么?也是互相拉嘛!就跟拉绳子的时候,绳子上的一点处,两部分的绳子相互拉,一样.在液面上的这条线上的这个点处,两面各自往自己的方向拉,这个拉力的方向,就是面在这一点的切线方向,就跟你刚才划的那条线垂直.那两部分中,一部分拉另一部分的力,就叫张力,当然另一部分也在拉这一部分,也是张力,和上面说的那个是作用力与反作用力.因为是液体表面两部分的相互作用力,就叫液体表面张力.这个张力的方向与分界线垂直——任一点都垂直,与液体表面相切——在任一点都相切.
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