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簡單一句話表面張力 在日常生活中，我們對見到的一些現(xiàn)象可能已經(jīng)習(xí)以為常,，認為它們理 應(yīng)如此,，但是為什么會這樣，就沒有過多地去想了,。比如,，下過雨后，我們 可以見到樹葉,、草上的小水珠都接近于球形,；不小心打碎了體溫計后，里面 的水銀掉到地上,，小水銀滴也呈球形,。另外我們也可以表演一個小魔術(shù)，在 一杯水里,，小心地把一枚針?biāo)椒胖迷谒嫔?，針浮在水面上而不沉于杯?BR>并且在針下面的水面上形成一個凹面,。如果做得相當(dāng)熟練，你甚至可以用鈕 扣,、小巧的平面形金屬或硬幣來代替針,。所有這些現(xiàn)象都與表面張力有關(guān)。 那么,，什么是表面張力呢,？原來液體與氣體相接觸時，會形成一個表面 層,，在這個表面層內(nèi)存在著的相互吸引力就是表面張力,，它能使液面自動收 縮。表面張力是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的,。處于液體表面層中的分 子比液體內(nèi)部稀疏,，所以它們受到指向液體內(nèi)部的力的作用，使得液體表面 層猶如張緊的橡皮膜,，有收縮趨勢,，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。 我們知道,，球形是一定體積下具有最小的表面積的幾何形體,。因此，在表面 張力的作用下,，液滴總是力圖保持球形,，這就是我們常見的樹葉上的水滴按 近球形的原因。 表面張力的方向與液面相切,，并與液面的任何兩部分分界線垂直,。表面 張力僅僅與液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。一般情況下,，溫度越高,，表面張力就越 小。另外雜質(zhì)也會明顯地改變液體的表面張力,，比如潔凈的水有很大的表面 張力,，而沾有肥皂液的水的表面張力就比較小，也就是說,，潔凈水表面具有 更大的收縮趨勢,。 不光液體與氣體之間的表面層，液體與固體器壁之間也存在著“表面 層”,，這一液體薄層通常叫做附著層,，它也一樣存在著表面張力。這一表面 張力決定了液體和固體接觸時，會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：不浸潤和浸潤現(xiàn)象,。水銀 掉到玻璃上,，是呈現(xiàn)出球形，也就是說,，水銀與玻璃的接觸面具有收縮趨勢,， 這種現(xiàn)象為不浸潤。而水滴掉到玻璃上,，是慢慢地沿玻璃散開,，接觸面有擴 大趨勢，這種現(xiàn)象為浸潤,。水銀雖然不能浸潤玻璃,，但是用稀硫酸把鋅板擦 干凈后，再在板上滴上水銀,，我們將會看到,，水銀慢慢地沿鋅板散開,，而不 再呈球形,。所以說，同一種液體能夠浸潤某些固體,，而不能浸潤另一些固體,。 水銀能浸潤鋅，而不能浸潤玻璃,；水能浸潤玻璃,，而不能浸潤石蠟。 浸潤和不浸潤兩種現(xiàn)象,，決定了液體與固體器壁接觸處形成兩種不同形 狀：凹形和凸形,。 現(xiàn)在我們就明白了前面介紹的小魔術(shù)中，硬幣不沉沒的原因了,，它實際 上利用了水具有很大的表面張力的性質(zhì)和不浸潤現(xiàn)象,。如果我們事先把硬幣 表面涂上一層油，硬幣就可以輕易放在水面上而不會沉沒,。在工程技術(shù)和日 常生活中,，人們經(jīng)常利用水不溶解油這一特性。像在紙傘上涂油漆做成雨傘,； 給金屬器材涂機油,，防止因水引起生銹；甚至在選礦方法中,，也用到水不浸 潤涂了油的物體的性質(zhì),。浮選礦法就是把砸碎的礦石放到池中，池里放上水 和只浸潤有用礦物的油，使它們涂上薄薄一層油,，再向池中輸送空氣,，這樣 氣泡就附在有用礦物粒上，把它們帶到水面,，而與巖石等雜質(zhì)分離開,。 表面張力產(chǎn)生的一個重要現(xiàn)象是毛細現(xiàn)象。也就是說浸潤液體在細管里 上升,，不浸潤液體在管里下降,。我們可以很容易做一個小試驗來觀察這種現(xiàn) 象。把細玻璃管放入盛水的槽中,，這時水很快從細玻璃管中上升,，管中的水 平面比水槽中水平面還要高，管子越細,，上升越高,，并且管中水面是凹形的。 若水槽中放的是水銀,，情況則恰恰相反,，管中液面低于水槽中水銀的平面。 浸潤液體為什么能在毛細管中上升呢,？原來,，浸潤液體與毛細管內(nèi)壁接 觸時，引起液面凹形,，而表面張力是沿著液面切向作用的,，所以沿著管壁作 用的表面張力形成一個向上的合力，使得管內(nèi)液體上升,，直到表面張力的向 上拉引作用和管內(nèi)升高的液柱重量相等為止,。同樣的道理，對不浸潤液體,， 毛細管壁的表面張力的合力方向向下,，使管內(nèi)液體下降。 我們平常所見到的用毛巾擦汗,、粉筆吸干紙上墨水等現(xiàn)象都可用毛細現(xiàn) 象來說明,，毛巾、棉花,、粉筆,、土壤等物體，內(nèi)部有許多小細孔,，起著毛細 管作用,。在酒精中,，用棉線作燈芯，可以使酒精沿?zé)粜旧仙?；而若用絲線來 作燈芯,，可能點不著酒精燈。這是因為酒精不能浸潤絲線,，在絲線燈芯中酒 精是下降的,。 毛細現(xiàn)象對植物生長也具有很重要的意義，它們所需要的養(yǎng)分和水分就 是由根,、葉子和莖中的小管從土壤中吸上來,，輸送到綠葉里的。這就象不停 止的抽水機,，不知疲倦地把水分,、養(yǎng)分送到植物的每一個細胞。另外,，土壤 中有很多毛細管,，地下的水分沿著這些毛細管上升到地面蒸發(fā)掉。如果要保 存地下的水分來供植物吸收,，就應(yīng)當(dāng)鋤松表面的土壤,，切斷這些毛細管，減 少水分的蒸發(fā),。所以農(nóng)民常在雨后給莊稼松土,，來保持水分。 利用毛細現(xiàn)象,，人們還生產(chǎn)出各種鋼筆、簽字筆和彩色水筆,。當(dāng)用它們 在紙上書寫時,，紙馬上顯現(xiàn)出字跡來，這是我們平日所見慣了的,，但卻很少 有人想到,，為什么寫字的時候，墨水會源源不斷地出來,，而不寫字的時候,， 它就不跑出來？現(xiàn)在我們已經(jīng)知道,，這是依靠鋼筆身上一系列毛細槽和筆尖 上的細縫,，把筆膽內(nèi)的墨水輸送到筆尖；而簽字筆和彩色水筆的筆尖是與一 根細長的管子相連,，管內(nèi)壁有吸滿了墨水的棉卷,，有的彩色水筆筆尖也是用 含多個毛細孔的材料做的,。寫字時，筆尖一碰到紙,，墨水就附著在紙上,，并 在紙上面留下字跡。 當(dāng)不寫字的時候,，墨水為什么不流出呢,？我們?nèi)钥勺隽硪粚嶒瀬斫忉尅?BR>把一塊硬紙板蓋在盛上水的玻璃杯上（杯內(nèi)不必裝滿水），按住紙板,，迅速 將杯子倒過來,，并把手從硬紙板上移開。此時,，發(fā)生一奇怪現(xiàn)象：硬紙板停 在原處,，水仍留在杯內(nèi)不流出來。難道一杯水的重量推不動一張紙嗎,？不是 的,。這是由于大氣壓強與水的表面張力共同作用的結(jié)果。當(dāng)把玻璃杯倒置后,， 水柱有些下降,，這就減小了杯內(nèi)的氣壓，水柱頂部與底部之間的壓力差克服 了水柱本身的重量而使杯內(nèi)的水流不出來,；水與紙片和水與玻璃之間的表面 張力也使紙板保持在原來的位置上,。不寫字的時候，筆內(nèi)的墨水不流出來的 道理也是一樣的,。 表面張力的用途遠不止以上所談到的這些,，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及微循環(huán)系 統(tǒng)中,，它也有著廣泛的應(yīng)用,；玩具制造廠也常利用它生產(chǎn)出各種有趣的玩具。 |
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