10-5液体表面张力与毛细现象

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1、10-5液體表面張力與毛細現象表面張力的現象分子力表面張力的成因表面張力的示範實驗表面張力的量度表面張力的性質例題10-8內聚力和附著力接觸角內聚力和附著力作用的實例毛細現象及其成因管內液柱的上升高度接觸角與液柱的升降毛細現象的例子例題10-9表面張力的現象分子力分子力：在液體內部的分子之間，彼此互相吸引力。分子力和分子所帶電荷的大小與分布，及分子之間的距離有關，當距離變大時，分子力迅速地減弱。在液體內部的分子所受的合力為零，但在液體表面層內的分子則受到向下的淨力，因此使液面向內收縮。表面張力的成因當液

2、體的表面積增大時，液體內部的分子會上升來填補，所以液體表面分子之間的距離保持不變。液體所受的表面張力，其作用方向垂直於邊界。表面張力的示範實驗(1)表面張力的示範實驗(2)表面張力的量度(1)表面張力定義為液體表面上對每單位長度所呈現的張力，以γ表之，其單位為N／m。線框上的薄膜有兩面，每一面皆有表面張力作用於線框上，故F＝2γL表面張力的量度(2)從能量的觀點來看，線框上所沾附薄膜的液體分子皆從液體內部所提升上來。為提升這些液體分子，所需的外力為F，用於克服表面張力。若將線框拉出水面的高度為h，則外力

3、F所作的功為W＝Fh＝（2γL）h＝γA表面張力γ為液體表面每單位面積所儲存的位能。表面張力的性質(1)表面張力的大小除了和液體的種類及狀態有關外，也和液體表面接觸的介質有關。表面張力的性質(2)當液體的溫度升高時，其表面張力減小。內聚力和附著力分子力可分為內聚力：同類分子之間的吸引力。附著力：異類分子之間的吸引力。接觸角接觸角θ為在液體內部接觸管壁的液面和管壁之間的夾角。接觸角決定於液體的種類以及接觸面的性質，F1為來自液體內部分子的內聚力，F2則為來自管壁分子的附著力。若，則接觸角為銳角。若，則接觸

4、角為鈍角。內聚力和附著力作用的實例(1)內聚力和附著力作用的實例(2)毛細現象及其成因毛細現象實際上就是表面張力作用的結果。液體靠近器壁的液面分子，同時受有內聚力和附著力的作用，其合力垂直於液面。使得液體表面張緊，產生表面張力。液體表面張力所產生的作用力沿著液面的切線方向，作用於液體－器壁的交界線。因此它的反作用力F即為提升管內液柱的力源。管內液柱的上升高度由液柱所受表面張力的總合與液柱的重量靜力平衡。接觸角與液柱的升降毛細管插入水槽中，內聚力小於附著力，接觸角θ為銳角，則管內的水銀柱上升，水柱的液面呈

5、現周邊向上彎曲的弧面。毛細管插入水銀槽中，內聚力大於附著力，接觸角θ為鈍角，則管內的水銀柱下降，水銀柱的液面呈現周邊向下彎曲的弧面。毛細現象的例子酒精燈的燈芯是用棉線捻成一束，棉線間的空隙相當於毛細管，酒精經由這些間隙上升至芯頭。毛巾的一端浸入水中，則整條毛巾會濡溼方糖的一角沾上水漬，則整塊方糖會漸潮溼。植物內的維管束也充當毛細管的角色，根部的水分和養分得以輸送至枝葉。