如何通俗的理解因为水有表面张力力？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-27 15:20 标签： 因为水有表面张力

发布：大昌洋行（上海）有限公司（大昌华嘉科学仪器部）

毛细管作用也叫毛细管填充作用或排芯作用，主要是指液体自发流入或者填满毛细管或者孔隙中。最 著名的例子是毛细管上升：当内径很小的玻璃毛细管被放到水中时，毛细管内的水会上升到比毛细管外部水还高的位置。这种现象是由表面张力作用产生的，这就是为什么毛细管越细，水位上升越高。

毛细管作用并不仅仅在水中存在，在油相、有机溶剂和生物液体中均有存在。毛细作用在许多自然、工业和商业过程中起着重要的作用。自然界中的例子有水被从树根输送到树梢，以及水在含水层的移动。工业和商业中的例子包括是由提取和横向流家庭诊断测试。在日常生活中，使用吸水性厨房纸巾有效地清洁液体溢出是基于毛细作用的。

毛细作用是表面自由能的最小化引起的。杨氏方程描述的接触角和表面（界面）自由能的关系如下：

其中γlv、γsv和γsl分别是气液界面、气固界面和液固界面的自由能。

当一部分毛细管被润湿，气固接触接触的表面积（△A）降低，同时产生了相同面积的固液接触区域，而自由能的改变（△E）则与上述相关：

将自由能的改变与接触角联系起来，则使用杨氏方程可得到下述表述：

对于亲水表面来讲，接触角<90°这意味着浸润毛细管的自由能变化为负，即发生自发填补。

毛细作用也可用毛细压力来理解。在所有弯曲的液体界面都存在一个压强差，叫做拉普拉斯压强，它是由界面上液体分子间的不平衡力引起的。对于具有圆形截面（半径为r）的孔隙，毛细管压力为：

由此可见，接触角越小（孔隙越亲水），毛细压力越大，毛细作用越强。孔隙越小，毛细作用越强。因此，在特征尺寸远远大于1mm的宏观系统中，毛细填充作用并不是主要因素。表面张力对毛细压力的影响更为复杂：一方面，毛细压力与表面张力成正比；另一方面，高表面张力的液体通常也具有高接触角，这也降低了毛细压力。需要强调的是，理解上述毛细作用的两种方法（自由能变化或毛细压力）是对同一物理现象的两种描述，而不是两种不同的现象。

有了上述提到的信息，就可以根据液体的尺寸、接触角和表面张力来预测液体在应用中的行为，如横向流动医学诊断测试。这种测试 用于分析血液或者尿液样本，这些样本的表面张力低于水，但仍很高。因此，在这种测试中使用的材料必须是非常亲水的，可以依靠毛细管填充，例如玻璃、亲水纸或亲水聚合物。另一方面，在液体运输的应用中，如乙醇（对聚合物的接触角要小得多），即使是天生疏水性的聚合物也在具体应用中被使用。

院(系) 材料学院专业 大连理工大学大学物理实验报告 材料物理 班级0705 姓名 童凌炜 学号5 实验台号 实验时间2008年22月03日，第25周，星期三第5-6节 实验名称水表面张力系数的测定 教师评语 实验目的与要求: 理解表面张力现象。 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 主要仪器设备: FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、百去码、鰻子及其他相关玻璃器皿。 实验原理和内容: 分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距 离的变化关系如图所示 对液体表面张力的理解和解释:在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫 做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使 表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。 计算张力时可以做如下的假设「想象在表面层上有一条长度为L的分界线.则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大 小正比于L.即匸QL(CX为液体表面张力系数)。 实验中.首先吊环是浸润在水中的，能够受到表面张力的拉力作用。 测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力. 吊环一共受到三个力，即重力W、液面的拉力f拉、传感器的弹力F F f拉W 试验中重力是常量.而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的f拉 就是表面张力f。 圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层.若吊环的内、外直径分别为 D】、D2,则界限长度 L二tiDi+ttD?。根据界线思想定义的张力计算式得 f二&L,则有 F ( D1+D2) 水膜被拉断前传感器受力Fi Fi ( D1+D2) +W 在水膜拉断后传感器受力F2 F2W 由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为 F：F2 ~(DiDz) 步骤与操作方法: (1)力敏传感器的定标 开机预热10分钟。 U-G关系，完成传感器的II U-G关系，完成传感器的 (2)水的表面张力及吊环内外径的测量 i. 测量吊环的内径Di和外径6 (各测量4次取平均)。 严格处理干净吊环。先用NaOH溶液洗净.再用清水冲洗干净。 在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿.并挂上吊环，调节吊环水平(此步重要，细 微的水平位置偏差将导致结果出现误差)。 升高平台.当吊环下沿部分均浸入水中后.下降平台。观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程 和现象?记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数 V】和拉断后的 电压表读数V2 (该步骤重复8次)。 数据记录与处理: 以下为测量所得的直接数据 1）仪器的定标 na 0 1 2 3 4 5 6 7 V/mV m/g nb 7 6 5 4 3 2 1 0 V/mV m/g 2 mm 得到内外径的最终结果为 四、 水 表 面 拉 力 计 算 与 处 理 修约后的UO(二 得到张力系数最终结果为 0 -3 N/m 讨论、建议与质疑: 吊环刚刚接触水面时，电压读数会跃变至一个较大值，

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