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什么是液體表面張力?如何計算測量毛細管中的表面張力?

發(fā)布于:2022-08-10
相關標簽: 液體表面張力計

由于在流體分子中發(fā)現(xiàn)的明顯張力效應或內聚力而引起的特性稱為表面張力。因此,液體顆粒顯示出與不混溶表面或液體或氣體界面粘附的趨勢。或者,它可以理解為在液體界面處自由存在的表面能。

由于表面張力是線力,它通常表示為穿過自由液體表面的每單位長度的力。

液體表面張力的較好例子可能是當一只小螞蟻被一滴水纏住時,即使它只是在一滴水中:由于表面的力量,螞蟻必須努力從液體中解脫出來水的張力。

測量表面張力

參考下圖,可以看到典型的典型的流體分子A由于緊鄰A的相鄰分子施加的內聚力而保持平衡狀態(tài)。

什么是液體表面張力

由于相鄰分子相互施加的內聚力相等且大小相反,因此它們抵消了這些作用,因此A上的凈力或合力變?yōu)榱恪?/p>

然而,液體表面的分子向下表現(xiàn)出更大的內聚力,因為它們上方沒有分子。B上的合成內聚力將更多地作用在向下的方向上。這種現(xiàn)象使液體表面與拉伸的薄膜相當。

一般來說,與液體壓力和重力相比,表面張力可以忽略不計;然而,封閉在狹窄區(qū)域或非常窄的柱子內的流體表現(xiàn)出強烈且顯著的內聚趨勢,例如在毛細管、液滴、氣泡和通過多孔材料的液體中。

當封閉在垂直或傾斜的毛細管內時,液體的上升和下降稱為毛細作用。

通過將流體和毛細管壁之間形成的接觸角與液柱上的平衡力聯(lián)系起來,可以理解這種現(xiàn)象。

參考下圖,很明顯,液面與毛細管壁之間的銳角接觸角構成了毛細作用的上升,反之亦然,而且液體的內聚力隨銳角減小而隨鈍角增大。

當封閉在直徑大于 1 cm 的管子和毛細管中時,上述對水和汞的作用變得無關緊要。

測量毛細管中的表面張力

如圖,我們看到毛細管上升,其中,向上的張力=管內液柱的重量,

液體表面張力計算

上式可以表述為:

πd.σ.cosθ = πd2.h.ρg/4

因此,毛細上升可以計算為_, h = 4__σcosθ/__ρgd,_ 并且表面張力可以通過求解:

σ = hρgd/4__cosθ

其中σ=由于每單位長度的表面張力而產生的力,并且,

θ=管壁和液體表面之間的接觸角。

以水為液體,玻璃管,θ~0,

因此,玻璃管中有水,毛細上升變?yōu)椋?/p>

_h = 4__σ/_ρgd,

生成的表面張力可以通過以下表達式進行評估:

σ = h__ρgd/4

在液滴的情況下,液滴在封閉的液體內達到與施加的表面張力相等的壓力。

等于我們得到的上述力,_πd.__σ = p._ πd2/4

最后,上述情況下測量表面張力的公式變?yōu)椋?/p>

σ = pd/4

其中p = 壓力,d =液滴直徑。

上述解釋幫助我們理解與液體相關的這一重要趨勢,并最終與我們有關什么是表面張力以及如何測量它。