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液面自由能优化方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:所有液体表面膜上的分子都受到内聚力作用,这种作用力就是表面膜对整个液体施加的压力。因此,外界必须对体系做功,使体系能量升高,这样获得的能量就是表面过剩自由能。α可以看作是单位面积的表面能,是在等温度下生成1m2新表面所需要的功。所以,α可看作是作用于分界面每单位长度边缘上的力。液体的表面张力和表面过剩自由能是分别用力学和热力学两种不同的方法研究液体的表面现象时用的物理量。

液面自由能优化方法

液体和气体形成蒸汽之间的界面形成表面层(膜),其厚度仅占一两个分子。表面层从液体到蒸气的密度变化是突发的。例如水表面经常由一个分子厚度的膜(单分子膜)所覆盖。

所有液体表面膜上的分子都受到内聚力作用,这种作用力就是表面膜对整个液体施加的压力。结果,每个液体表面上的分子被强烈地垂直于液面并指向液体内部的力所吸引,使得液体表面收缩到它最小的面积,这就是表面张力产生机理。

当增加液体的表面积时,就是把一定数量的内部分子变为表面上具有较高能量的分子。因此,外界必须对体系做功,使体系能量升高,这样获得的能量就是表面过剩自由能。根据热力学原理,表面积缩小,必将减小它的总自由能;相反,液体增加表面积ΔS,就要消耗一定的功A,功与表面积成比例:A=αΔS。(www.xing528.com)

α可以看作是单位面积的表面能,是在等温度下生成1m2新表面所需要的功。α可用焦耳/米2(J/m2)来度量,而1焦耳=1牛顿·米(1J=1N·m),因此,α也可用牛顿/米(N/m)来度量。所以,α可看作是作用于分界面每单位长度边缘上的力。就这一观点说,α为表面张力,它象征分界面的能量。

液体的表面张力和表面过剩自由能是分别用力学和热力学两种不同的方法研究液体的表面现象时用的物理量。有相同的量纲采用相应的单位时,若分别用N/m和J/m2表示,其数值相同。

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