比例系数σ就是液体的表面张力系数,它表示液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
单位是N/m。
热力学对表面张力系数的广义定义为:表面张力系数σ是在温度T和压力p不变的情况下吉布斯自由能G对面积S(图中为A)的偏导数:
其中,吉布斯自由能的单位是能量单位,因此表面张力系数的单位是能量/面积。
如果液体表面积增大ΔS,液体表面自由能增加ΔE,则表面张力系数σ等于增加单位表面积时,外力所需作的功,也可用下式表示σ=ΔE/ΔS。
这说明,表面张力系数σ在数值上等于增加单位表面积时所增加的表面能,在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分,在热力学中称为表面自由能。从能的角度看,表面张力系数σ就是增加单位表面时所增加的表面自由能。液体表面张力系数的性质表现为:
毛细现象中液体上升、下降高度。h的正负表示上升或下降。
浸润液体上升,接触角为锐角;不浸润液体下降,接触角为钝角。
上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/(液体密度*重力加速度g*毛细管半径r)。
使用环、片、张力表或毛细现象可以测量表面张力。
人们也可以对悬着的液滴进行光学分析和测量来确定液体的表面张力系数。
下面列举了一些测量方法:
1.毛细管上升法:简单,将毛细管插入液体中即可测量,虽然精确度可能不高。
2.挂环法:这是测量表面张力的经典方法,它甚至可以在很难浸湿的情况下被使用。用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜(类似肥皂泡),同时测量提高环的高度时所需要施加的力。
3.威廉米平板法:这是一种万能的测量方法,尤其适用于长时间测量表面张力。测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中所受的力。
4.旋转滴法:用来确定界面张力,尤其适应于张力低的或非常低的范围内。测量的值是一个处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径。
5.悬滴法:适用于界面张力和表面张力的测量。也可以在非常高的压力和温度下进行测量。测量液滴的几何形状。
6.最大气泡法:非常适用于测量表面张力随时间的变化。测量气泡最高的压力。
7.滴体积法:非常适用于动态地测量界面张力。测量的值是一定体积的液体分成的液滴数量。
如果不小心沾到雨水,由于水的表面张力作用,蚂蚁将陷入困境。水分子间的极性相互作用使得滴落的水滴呈球形,这也离不开表面张力的影响。表面张力使水面富有弹性,即使发生变形也不会破裂;表面张力还能增强水面的附着力,像流沙一样将不幸落入水中的蚂蚁吞噬。
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