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本字幕由酷狗AI语音识别技术生成
各位同学大家好我是李勇的老师
有同学问我
为什么毛巾能够吸水呢
为什么植物也能够从土壤中洗水呢
还有同学问我
为什么水滴
在玻璃板上
就会散成一片但是如果在荷叶上就会聚集成一团呢
这些问题呢其实都涉及到水的表面张力的问题今天我们就来研究一下这个现象
首先呢
我们先来研究一下分子之间的作用力
分子之间呢
是有作用力的
原因是因为呢分子呢是由原子构成的而原子油原子核核外电子构成它有电
所以呢就会有电核之间的作用力
这个作用力也经过人们的研究
人们发现
有的时候是引力
有的时候是赤力
其实是引力和赤力同时存在
但是呢合力有的时候表现为引力油的时候表现为赤力
我们画一个图像
F富呢是动作表表示分子间作用力而呢是分子之间的距离
那么这个合力的情况大概是这个样在
F
大雨的情况下
就表示分子之间是赤力F
小一龄的情况就表示
分子之间的有眼力
中间有这么一个点叫二零
这个二零点
是平衡位置也就是说分子之间既没有引力没有赤力
那么
一般来讲一个物体的分子之间
就应该是处于二零这个平衡位置的比如一根粉底
既没有表现出引力也没有表现出赤力就是因为
它出于二零这个位置
但是如果你从二零这个位置开始压
缩
这根粉笔
你就会感觉到这个粉笔好像也往外
排斥你一样这是因为在你压缩的过程中
你使分子间距减小了
跑到哪个地方了
跑到了
赤力的这个范围了
那么如果你往外拽这根粉笔的你感觉到粉泌好像有个收缩力为什么呢
因为
这是在你拉的过程之中
你把分子间距拉大了它就跑到了
引力的范围就是这么一个原理
液体呢也有类似的性质
比如说
这个是气体
这个是液体
于
一个表面的
这样的一个位置
那么在液体内部
它的分子呢
是
液体内部
它的分子呢
间距
大概就是等于而零呢
所以
它是处于
平衡的位置
既没有表现出引力也没有表现出赤力
但是在液体表面呢
这个分子就比较稀疏了
所以呢
这个间距
因为分子稀疏
所以呢
它的
间距就比较大
大于而零所以就表现为引力
那么这个引力呢
就是
液体的表面张力它会趋于收缩
它会趋于
收缩
所以液体的表面积是趋于最小的
液体表面积趋于最小它会不会最小呢这跟它的外界条件有关
比如说在你没有重力的环境下
没有重力
液低
就是一个正球体
这是无重力的环境下比如说宇宙空间当中
原因是什么呢就是因为呢在无重力的环境下
这个
球表面积是最小的对吧所以它就趋见于球体
但是如果你有重力
比如说有一个玻璃棒下面掉了一个水滴这个水滴形成一个仿垂体了
这是为什么
这是因为
一方面有重力重地把你往下拽
但是同时它有表面张地还想收缩当它平衡的时候就会形成这样一个仿锤的形状
那么我们不是要讲这个毛巾为什么吸水嘛那为什么要讲分子间作用力呢
像毛巾吸水是一种毛细现象而毛气现象的原因就是
分子之间的作用力表面张力
所以我们再来谈一谈
表面张力
刚才我们说到的
因为呢
液体表面分子吸疏
所以会有个收缩趋势形成表面张力
表面张里有很多的实验可以证明比如说举个例子
这里有一个
金属丝维生一个圆圈
中间有一根软绳
两边呢
我们
涂上肥皂膜
这个时候中间的软绳可以是任意形状的原因是
两边都会有收缩的表面张力
这些个例呢彼此抵消
这根绳子可以是软的任以形状
那么假如说
我们把一侧的肥皂膜刺破
只剩下
左
侧有一个肥皂膜
这个时候你就会发现这根绳子会往左边收
为什么会往左边收呢
这是因为有
表面张力的作用
如果具体去研究表面张地到底有多大的话
这个
也不难
我们做一个这样的金属框架
在这儿
放一根
金属丝
然后呢
这里有一个肥皂膜
我们在这里
加一个外粒才能拉住金属丝
因为左侧有表面张力
会往左侧拉金属丝
人们发现呢
这个表面张力的大小呢其实是和液体的种类
以及
它的接触的长度是有关系的
如果我们用这个侧壁机器测出这个F的话我们就会发现
表面张力F
应该有多大呢
应该有
C个马这是叫表面张力系数
再乘以你这个界面的长度
叫L
应该这么大
这是一个界面的那如果说你是肥皂膜的话它两侧都是界面所以就会乘以二
比如说水吧
水在
三十摄氏度左右的时候
它的表面张力系数是
零点
零
七三
牛每米
也就是
啊
一米长的水面上会有零点零七三牛的力这个粒呢会使得这个
啊
水面儿发生收缩
说完了这件事儿呢我们就可以解释为什么会出现毛巾吸水的现象了
这个现象呢
我们称之为
毛细现象
毛细
现象
啊
毛细现象
什么意思啊
首先
我们先研究
这里有一个玻璃板
这里有一个玻璃板啊
这个玻璃板上面有一滴水
啊微滴水我们会仔细观察水的形状发现水的形状是这个样子的
为什么水的形状是这个样子呢
这是因为啊
玻璃板和水的这个接触的部位啊
这个接触部位
它的分子啊比较密集
所以会出现
排斥力
所以会出现
表面有一个
扩大的趋势表面有一个扩大的趋势
所以他希望尽量地摊在这个玻璃板上
那么为什么没有完全滩呢
别忘了水还有表面张力
这个表面张力
会
收缩
最后呢
在这几种力的作用下
就会达到一种平衡状态最后这个水呢就形成这样的一个形状
那么像这种
尽量
表面积量扩大的情况我们就称之为浸润
称之为浸润
那么水呢就是浸润玻璃的
所以
假如我们把一个
玻璃管
插到一个水槽之中
我们会发现什么现象
我们会发现呢
这个玻璃管内的水面
就会上升
为什么会上升呢
因为水浸润玻璃
所以这个拉力的作用就会使
把水给拽上去
当然呢
水本身有重地
在重力作用下呢
它可能还会
个往下坠
所以当两个粒平衡的时候那么它就会稳定了
同样
在外边的这个部位它的这个
接触的地方是这样的
这就是
水和玻璃的
一个情况
水和玻璃就是这个样子的那么像这个液体会顺着玻璃管网上升
这种现象
我们就称之为毛细现象
而且呢
因为在上升的过程中
你这个管子越细
那么
你这个重力就越小
所以就可以生得越高
对不对我们可以通过计算的来表示这个公式表面张力系数不是稀干嘛了
那么
假如你这个管子半定是小儿
那么
它
在这一圈上的表面张力一共就是二
派
小儿
同时呢
你和树枝方向有一个角度塞它
所以在乘以一个抠散
C坦
再乘以一个稀个嘛这就是表面张力
这个表面张力它应该等于什么等于这个管子里面液体的重力
密度揉
乘以派儿方
在乘以
高度维赤
再乘以重力加速度小技这公式有点复杂
反正最后吧你可以算出这个高度维斥的
这高度维这是多少呢高度维赤
等于
二
C个马
抠散
C坦除以
揉
是以
小儿
也就是说
在表面张力系数一定的情况下
这个液体的密度越小
重力加速度越小
半径越小
上升的高度就越高
如果有一个亿毫米的玻璃管插到了水中它理论上可以上升大概十五厘米左右的距离
十五厘米左右的距离
那么为什么毛巾会吸水原离也是一样的因为水呢会浸润毛巾毛巾上面有很多的细缝
就相当于是玻璃管
水在
浸润的过程中有表面障低的作用就把它往上拽拽拽越拽
所以呢它就会拽上去了这个现象呢在自然界中也有很大的应用啊比如说
为什么植物能够吸水那就是因为呢
植物的
根呢还有
这个茎里边有很多的毛细管
那么这个水呢会顺着毛细管会上升
然后上升到叶子上之后呢叶子有蒸腾作用这个水会从叶子中散发出去
所以底下的水会源源不断地往上走
所以如果你没有毛细现象的话那自然界的这个生命都没有办法存在
但是除了浸润以外还有一种现象叫不浸润
比如说呢
水
它是浸润玻璃的
但它不浸润蜡
如果这个界面是辣的
蜡
是辣的
那么这个水呢它就不浸润什么叫不浸润呢
就是水会形成这样的一种形状
这是水
原因是它们在接触的这个部位吧
就不像刚才的刚才是分子比较密集
现在水和辣接触的部位因为
辣的性质跟玻璃不一样
所以造成了这个分子
它比较稀疏
分子比较稀疏
所以就会造成分子之间是引力
咱们看分子稀疏间巨大
间巨大就是引力对吧
那你如果是引力的话
它就会造成这个表面会
收缩
所以就会形成这种效果
那为什么没有完全收缩成正球体还是那句话因为重地的作用
在这种情况下这个水滴可以在辣的表面滚来滚去的
那为什么荷叶上的水滴
它就会
怎么样
荷叶上的水滴
这是一个
这个荷叶
吧
这个水滴形成一个球就是因为
荷叶上面有生物蜡
所以水滴在荷叶上就可以滚来滚去但是它不粘上不像玻璃
玻上的话它就会粘上
对吧
其实除了这个水不浸润蜡以外还有一种比较典型的就是
水盐不浸润玻璃
所以如果你要是把一个
这是一个水银
这是一个水银槽
里边有水银
那么如果把一个玻璃管
这个玻璃管
插入到水银槽之中你就会发现什么呢
你就会发现
这个水银柱会往下降
它就会往下降
这个是水银
水平往下降
为什么还是那句话因为它不浸润所以这回这个利是往下拽的
往下拽的
那么这种现象呢我们就称之为不浸润
浸润和不浸润呢在生活中的应用比较多
比如说
咱们有一些杯子是玻璃的那么当你往往倒水的时候那个杯子里面总会残留一些水
但是它如果在玻璃
在这个杯子内表面涂一层蜡的话呢你再往外倒水的时候水会异地部剩全头流出来对吧
这个原因呢也是因为浸润和不浸润的一个特点
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