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如何理解液体表面具有收缩趋势 束 义 福 1、表面层的特殊情况。液体跟气体接触的表面形成一个薄层，叫做表面层， 表面层里的情况跟液体内部有所不同，在液体内部的分子一方面受到周围分子的吸引力，另一方面又受周围分子的推斥力，在分子间的距离保持一定的斥力和吸力正好平衡，距离较大即相吸，较小则相斥，如果某一分子因偶然原因向某一方向稍稍移动，就会因失去平衡而引起震动。其实液体里的全部分子都是在不停地震动看的，并不是停驹在平衡位置不动的。当液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，它只受到内部分子的吸力（外部空气和蒸汽分子对它的斥力很小，不起显著作用）,因此在他恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部的大，比较高速的分子就有可能冲出吸力范围，成为蒸汽分子，结果反而形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，如图所示。因为表面层里的分子分布比较稀疏，分子间的距离就比较大，分子间相互作用也就改变。研究表明，在两分子之间的距离络微增加时，斥力和引力都要减小，但斥力减小得更快，结果破坏了原来的平衡状态而形成了相互吸引。如果在液体表面上划一条分界线，把液面分成甲乙两部分，如图所示；由于表面层中分子的引力，液面甲对液面乙有引力F甲的作用，液面乙对液面甲有引力F乙的作用，因为甲乙两部分液面中分子分布情况相同，所以F甲和F乙大小相等，方向相反。这种液体各部分间的相互吸引的力叫做表面张 力。表面张力是促使液体表面收缩的力，或是液体表面抵抗伸张的力。可见液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。由于表面层里的分子分布比较稀疏，分子间吸引力大于推斥力，所以表面层里的分子都受着指向液体内部的吸引作用，因此；如果要把液体分子从内部移到表面层去，就必须克服这个拉力作功。这个力从分子通过表面层的下界面时开始发生作用，并随着分子接近液面而逐渐增大，反抗这个力所做的功转变成分子的势能，正如把石头从地面上举起时，反抗重力所做的功转变成石头的势能一样。因此；位于液体表面层中的每一个分子比起液体内部的分子来，也就具有较大的势能。表面层中全部分子所具有的额外的总和，叫做表面能，它是内能的一种形式，液体的表面越大，具有较大势能的分子数也越多，因此；表面能也越大。 力学原理指出，物系在稳定平衡状态，它的势能值的最小值。或者说；一个物体在稳定平衡时，势能最小。例如，被举高的物体，如果没有力支持它，便会向低处下落，也就是向势能较小的位置移动。同理，表面层中的分子，同样也有向势能较小位置移动的倾向。因此；一定质量的液体处于稳定平衡时，它的表面能才可能减小。因此；液体的表面要尽可能地收缩，直到表面积最小时为止。而且几何学告诉我们，包围一定体积的各种表面，以球面的面积为最小。所以；除了液体内部的分子相互作用力以外，如果没有外力作用，液体必将形成球状。 |
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