表面张力
表面张力是流体表面收缩到尽可能小的表面积的能力。你有没有发现，即使装满了一杯水，你也只能多加几滴，才会溢出来？您是否曾经丢失过温度计并观察过水银在下落时的反应？所有这些都是由表面的表面张力引起的。由于流体分子的抑制力，其孤立的表面表现得像一层坚固的橡胶膜。结果，流体的各个表面仍然处于应力状态，并且往往具有最小的场。因此，表面张力是指流体单个表面上的张力。让我们讨论更多的表面张力：
表面张力
Surface tension is described as the phenomenon that occurs when the surface of a liquid comes into contact with another phase (it can be a liquid as well). Liquids appear to have the smallest possible surface area. The liquid’s surface looks like an elastic sheet.
想象在平衡流体的独立面上有一条线 XY（如下图所示），那么在这条线上的每一点，相同的力作用在其完全相反的方向上。每个点在两个方向上都以相同的力拉伸。
因此，在平衡状态下，作用在流体独立表面上的任何其他单位长度的假想线上的力，它垂直于该线并且在该表面的切线方向上，称为表面张力。
表面张力用σ或T符号表示。
在数学上，表面张力定义为作用在表面上的力 (F) 和表面的长度 (l)，因此给出如下：
T = F / l
此外，所做的功（W）与表面面积的变化（A）之比称为表面张力。
T = W / A
其SI单位为N/m或J/m ，量纲公式为[ML 0 T -2 ] 。
表面张力的原因
称为表面张力的效应是由液体分子之间的内聚力引起的。由于表面上的分子在两个方向上都缺乏相似的分子，因此它们与表面上与它们特异性排列的分子更紧密地结合在一起。这会形成一种表面“薄膜”，使物体在表面上移动比在完全浸没时移动它更困难。
假设一个罐子里装满了水；水分子可以在这个罐子的两个位置找到：第一，在水下，第二，在水面上。由于在这些分子之上没有分子，因此水表面的分子是不平衡的。结果，只有下面的分子会被吸引。结果，液体的上表面会形成一层薄薄的外壳。由于这个厚层，会产生一种形式的应力，称为表面张力。这些现象也可以用能量来解释。
表面能
Surface energy measures the breakdown of intermolecular bonds caused by the formation of a surface. Surface free energy and interfacial free energy are other names for it. Surface energy is defined as the work done per unit area by the force that forms the new surface.×
当液体的自由表面积增加时，必须努力抵抗表面张力。该功作为势能存储在液体表面上。这种增加的单位面积液体自由表面的势能称为表面能。在数学上，表面能定义为：
表面能 = 表面张力 × 表面积变化
要么
E S = T × ΔA
其中 T 表示表面张力，ΔA 表示表面积的增加。
因此，表面能的SI单位为Nm -2 ，维数公式为[MT – 2 ] 。
接触角
接触角定义为在液体表面绘制的切线与固体表面在接触点处的对角，或者定义为在液体表面绘制的切线与固体的对角接触角 (θ) 在液体内的表面。
接触角取决于以下因素：
- 液体的性质，与它接触的固体。
- 存在于液体自由表面之上的介质。
- 随着液体温度的升高，接触角也会升高。
- 当可溶性杂质添加到液体中时，接触角会下降。
流体减小表面积的趋势
想象一滴水，它是球形的，如下图所示。有两种类型的分子出现在水滴中。首先，那些位于一滴水表面的人。其次是那些位于水滴下的人。
- 由于感觉力，位于液滴内部的液滴中的流体分子将被其周围的分子吸引。这些流体分子将具有一定量的负势能，因为将这种流体分子与这滴流体分离需要一些能量。
- 让我们假设这个流体分子具有 X 负势能。现在考虑位于液滴自由表面的分子。因为这个分子在液滴的表面，所以这个分子不会被它周围的流体分子包围。因此，施加在其上的感觉力值将是第一个分子的一半。
- 在这种情况下，该分子的负势能也将是该值的一半，即 X/2，从一滴流体中分离该分子所需的能量更少。据此，我们可以说表面上分子的能级很高，因此它们试图将越来越多的分子带到较低的能级，直到流体表面上保持最小可能的能量为止保持表面。这就是为什么流体试图覆盖最少的空间。
表面张力的应用
- 液滴的球形形状：由于表面张力，小液滴呈球形。水的分子由于分子内力而容易粘在一起，而位于液滴表面的分子的能量包含更高的能量，并试图将另一个分子推向液滴的中心。由于这个原因，水滴的形状是表面积最小的，而球形最适合表面积最小的，这就是为什么水滴和雨滴是球形的。
- 玻璃的火抛光：借助火或火焰对玻璃或热塑性塑料进行抛光的方法称为火抛光。当我们在火焰中加热玻璃材料时，玻璃表面开始熔化。但是由于表面张力，它开始变得柔软和光滑，这使得玻璃非常平坦和光滑。这种方法最适用于平坦的外表面。与研磨方法相比，火焰抛光通常用于丙烯酸塑料制造，因为它的速度快。在此应用中，通常使用氢氧火炬，原因之一是火焰化学物质不太可能污染塑料。
- 毛细管中液体的上升：半径很短且均匀的管子称为毛细管。当打开的毛细管浸入水中时。水在毛细管中上升到一定高度。
假设有一碗水，我们将毛细管浸入其中，那么根据图中我们可以看到流体表面上有两个点。一种是独立的，一种是在管内的。我们看到 A 和 B 处的大气压为 P，但是 B 点处的流体 P 0的压力会小于大气压 P。因此流体的分子会去低压部分平衡压力，因此毛细管中的水上升，如图 2 所示。
图1
图 2
两个压力之差为，P – P 0 = 2T/R
假设上升水的高度为h，则等式如下：
h = 2T cos θ / rρg
其中 T 是表面张力，θ 是接触角，ρ 是毛细管的半径，r 是水的密度，g 是重力加速度。
Factors affecting Surface Tension
- If the solute is highly soluble in the fluid, the surface tension of the fluid would increase. And if the solute is less soluble in the fluid, then the surface tension of the fluid would decrease.
- If there are dust particles or any lubricant present on the surface of the fluid, the surface tension of the fluid decreases.
- Increasing the temperature reduces the surface tension of the fluid. And decreasing the temperature increases the surface tension.
示例问题
问题一：为什么soap有助于清洗衣服？
解决方案：
Soap reduces the surface tension of water. So water penetrates into small areas of clothing and removes stains. So soap is helpful for washing clothes.
问题2：我们为什么要用牙膏来清洁牙齿？
解决方案：
Toothpaste froth reduces surface tension. Hence, it clears the teeth by failing over a large area of teeth.
问题3：为什么小水滴是扁平的，大水滴是扁平的？
解决方案：
There are two types of forces acting on mercury droplets. On small droplets, the surface tension is higher than the gravitational force, so it is rounded but on big droplets, the surface tension is lower than gravitational force, so it is flattened.
问题4：为什么用温水洗衣服比用冷水洗得快？
解决方案：
On heating the water, its surface tension is reduces, due to which it spreads clothes in more area than cold water and cleans clothes.
问题5：我们为什么要用滴露来清洗伤口？
解决方案：
The surface tension of water is reduced due to which is penetrates the small cracks of the wound and cleans the wound.