神奇的表面張力

神奇的表面張力

荷葉為什么出淤泥而不染

我們?nèi)粘４┐鞯囊旅保?/p>

表面經(jīng)過特殊涂層處理后，使水不能浸潤(rùn)，起到防雨的作用，

就與表面張力有關(guān)。

生活中有很多現(xiàn)象，因?yàn)槌Ｒ姸苌儆腥硕鄦杺€(gè)為什么？例如，為什么水黽可以在水面上行走跳躍而不沉下去？為什么清水吹不出泡泡，加入肥皂或洗衣粉就可以吹出球形且不容易破的泡泡？

這些都是與表面張力有關(guān)的現(xiàn)象。2021年12月9日，航天員翟志剛、王亞平與葉光富在中國(guó)空間站演示的微重力環(huán)境下水膜張力實(shí)驗(yàn)以及泡騰片實(shí)驗(yàn)，就涉及表面張力的知識(shí)。那什么是表面張力呢？

表面張力指的是液體表面任意兩相鄰部分之間垂直于它們的單位長(zhǎng)度分界線相互作用的拉力。通俗來講，即水等液體會(huì)產(chǎn)生使表面盡可能縮小的力，這個(gè)力稱為“表面張力”。

它產(chǎn)生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄層，叫作表面層 , 表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。水的表面被表面張力的強(qiáng)大拉力聚攏在一塊，使得水面看上去像一層薄而又有彈性的“表皮”，托住了小昆蟲，使之能無拘無束地在水面上行走自如，而不下沉。

這種張力使液體總有縮小表面積的傾向，相同體積下，球的外表面積最小，因此在沒有外力的情況下（如失重狀態(tài)）液滴往往呈球形。

表面張力在生活中的應(yīng)用很多。在與表面張力有關(guān)的各種現(xiàn)象中，接觸角扮演著極為重要的角色。接觸角即在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣—液界面的切線與固—液交界線之間的夾角 θ，若θ<90°，則固體是親液的，即液體可潤(rùn)濕固體；若 θ>90°，則固體是疏水的，即液體不潤(rùn)濕固體，容易在表面上移動(dòng)。

水珠能在荷葉上自由滾動(dòng)，這是因?yàn)樗谌~面上的接觸角介于 130 ～ 160 度之間，不易潤(rùn)濕表面。而荷葉能“自潔”，其原理是荷葉表面的納米纖毛結(jié)構(gòu)使其具有與水的超高接觸角，有很強(qiáng)的疏水性，水珠在滾動(dòng)過程中即可將灰塵帶走，從而達(dá)到潔凈效果。

科學(xué)家了解到這種自然界神奇功能后，開發(fā)出可以運(yùn)用在建筑物外墻、汽車烤漆、衛(wèi)浴設(shè)備瓷釉上的涂層，這些涂層材料可以產(chǎn)生自潔的功效，真正達(dá)到“不沾”。我們?nèi)粘４┐鞯囊旅?，表面?jīng)過特殊涂層處理后，使水不能浸潤(rùn)，起到防雨的作用，也是應(yīng)用了這一原理。

表面張力的大小與液體性質(zhì)及液面外相鄰物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，還與溫度以及液面中所含的雜質(zhì)有關(guān)。一般情況下，溫度越高，表面張力越小。而雜質(zhì)也會(huì)明顯改變液體的表面張力 , 比如潔凈的水有很大的表面張力 , 而沾有肥皂液的水表面張力就比較小 , 這就是為什么清水吹不出泡泡，而在清水中加入肥皂或洗衣粉就可以吹出泡泡的原因。