《材料表面与界面》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 液体表面

第二章液体表面

第二章 液体表面

2.1表面张力和表面自由能 表面张力 1.表面层分子与内部分子相 气相 比，它们所处的环境不同； 2.气液表面的分子净受到指 向液体内部的力； 3.从液体内部将分子移到表 液相 面要克服分子间引力而做 功，使系统自由焓增加；

2.1表面张力和表面自由能 表面张力 1.表面层分子与内部分子相 比，它们所处的环境不同； 2.气液表面的分子净受到指 向液体内部的力； 3.从液体内部将分子移到表 面要克服分子间引力而做 功，使系统自由焓增加；

2.1表面张力和表面自由能 表面张力 4.这种不平衡作用力使表 气相 面有自动收缩的趋势， 使系统能量降低的倾向， 由此产生表面张力。 液相

4. 这种不平衡作用力使表 面有自动收缩的趋势， 使系统能量降低的倾向， 由此产生表面张力。 表面张力 2.1表面张力和表面自由能

2.1表面张力和表面自由能 表面张力示意： 如果在金属线瓶 系一线圈，一 (a) 起浸入肥皂液 上面形 成一液膜。 由于以线 表面张 力大小权于方圆 以线圈成任 意形状可在液膜E见()图。 肥皂膜 表张的作用 (b) 如果刺破线圈中央的液膜，线圈 内侧张力消失，外侧表面张力立即将 铁圈 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 棉线 显示出表面张力的存在

如果在金属线框中间系一线圈，一 起浸入肥皂液中，然后取出，上面形 成一液膜。 (a) 由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成任 意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈 内侧张力消失，外侧表面张力立即将 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 显示出表面张力的存在。 (b) 表面张力示意： •表面张力的作用 2.1表面张力和表面自由能

2.1表面张力和表面自由能 表面张力 实验表明，外力F与液膜边缘 的长度成正比，比例常数与液 体表面特性有关，以σ表示， 皂膜A 称为表面张力，即： 21 (2-1) dx 式中L为液膜边缘长度，因为 图2-1皂膜的拉伸 液膜有两个表面故取系数2。 设在一边可自由活动的金属框中有一层肥 皂液膜，如果不在右边施加一个如图所示 方向的外来F,液膜就会收缩。这表明在沿 表面张力是单位长度上的作用 液膜的切线方向上存在一个与外力F方向相 力，单位是NWm。 反、大小相等且垂直于液膜边缘的力

皂膜A x dx L dA F 图2-1 皂膜的拉伸 式中L为液膜边缘长度，因为 液膜有两个表面故取系数2。 实验表明，外力F与液膜边缘 的长度成正比，比例常数与液 体表面特性有关，以σ表示 ， 称为表面张力，即： 2L  = F (2-1) 设在一边可自由活动的金属框中有一层肥 皂液膜，如果不在右边施加一个如图所示 方向的外来F，液膜就会收缩。这表明在沿 液膜的切线方向上存在一个与外力F方向相 反、大小相等且垂直于液膜边缘的力。 2.1表面张力和表面自由能 表面张力 表面张力是单位长度上的作用 力，单位是N/m

2.1表面张力和表面自由能 由于分子在体相内部与界面上所处的力场环境 是不同的，产生了净吸力。而净吸力会在界面各处 产生一种张力。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 o表示，单位是Nm1

由于分子在体相内部与界面上所处的力场环境 是不同的，产生了净吸力。而净吸力会在界面各处 产生一种张力。 把作用于单位边界线上的这种力称为表面张力，用 σ 表示，单位是N·m -1 。 2.1表面张力和表面自由能

2.1表面张力和表面自由能 表面张力 在图2-1中，设在F力作用下金 属丝移动dx的距离，则所做的 功为： 皂膜A dW=f=o●2L●dk(2-2) 但2L*dx等于液膜的面积增量 dA,所以： X dx dW=o●dA (2-3) 图2-1皂膜的拉伸 将上式形式改写成如下形式： o=dw/dA (2-4)

皂膜A x dx L dA F 图2-1 皂膜的拉伸 在图2-1中，设在F力作用下金 属丝移动dx的距离，则所做的 功为： 但2L*dx等于液膜的面积增量 dA,所以: 将上式形式改写成如下形式： dW =σ•dA (2-3) σ= dW / dA (2-4) dW = fdx =σ• 2L • dx (2-2) 2.1表面张力和表面自由能 表面张力

2.1表面张力和表面自由能 o=dw/dA (2-4) ·表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的 可逆功，单位为J/m,是功的单位或能的单位。所以σ 也可以理解为表面自由能，简称表面能。 表面功：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加 dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为： dw odA ·由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分子 所具有的一种额外的势能，也称为表面能

σ= dW / dA (2-4) • 表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的 可逆功，单位为J/m2，是功的单位或能的单位。所以σ 也可以理解为表面自由能，简称表面能。 • 表面功：温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加 dA所需要对体系作的功，称为表面功。用公式表示为： dW =dA 2.1表面张力和表面自由能 • 由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分子 所具有的一种额外的势能，也称为表面能

2.1表面张力和表面自由能 ·例：20℃时汞的表面张力为4.85×101Jm2, 求在此温度及101.325kPa的压力下，将半径 1mm的汞滴分散成半径105mm的微小汞滴，至 少需要消耗多少功？ dw odA

• 例：20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2 ， 求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径 1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴，至 少需要消耗多少功？ dW =dA 2.1表面张力和表面自由能