①知识点定义来源&讲解: 表面能和表面张力是涉及物体表面性质的概念,涉及分子和分子之间的相互作用力。
表面能是指单位面积上的液体或固体表面所具有的能量。对于液体,表面能是由于液体分子间的吸引力而导致的现象。在表面上,液体分子只受到下方和周围分子的作用,而不受到表面之上分子的吸引力。这样,表面上的分子就具有较大的不稳定性,其能量较高。表面能对于液体的湿润性和液滴形态等有着重要影响。对于固体,表面能代表固体表面能够与其他物体发生相互作用的能力。
表面张力是指液体表面上单位长度的物体所受到的水平和垂直分量的合力。表面张力主要是液体内部分子间的相互作用力引起的现象。在液体内部,分子间的相互作用力呈现较为均匀的分布,而在表面上,由于表面上的液体分子上没有分子和其上方的分子之间的相互作用力,表面上的液体分子之间的相互作用力较大。因此,液体表面会表现出收缩的趋势,形成一个与周围环境界面的边界。
②知识点运用: 表面能和表面张力的理论和实验研究对于多个领域有重要应用,包括:
界面现象与湿润性:液体与固体表面的相互作用,如液体在玻璃表面上的扩展和毛细现象。
液滴形态:液滴在不同表面上的形状,如水珠在不同材质的表面上的形态。
表面活性剂:对表面张力有影响的物质,如肥皂、洗涤剂等。
表面润湿性:探索润滑剂和油墨在材料表面上的能力。
③知识点例题讲解: 以下是一个例题:
一个水滴位于一块玻璃表面上,测得水滴直径为5毫米。玻璃的表面张力为0.06牛/米,求这个水滴的表面能是多少?
解:表面能可以通过表面张力计算得到。对于液体球形水滴而言,表面能可以表示为:
表面能 = 表面张力 * 表面积
由于水滴为球形,其表面积可以通过水滴直径计算得到。球体表面积的公式为:
表面积 = 4 * π * r²
其中,r为水滴的半径,可以通过直径除以2得到。根据题目中的直径为5毫米,将其转化为米单位即为0.005米。代入公式计算,可以得到:
半径 r = 0.005 / 2 = 0.0025米
表面积 = 4 * π * (0.0025)² = 3.1416 * (0.0025)² = 0.000019634平方米
最后,代入表面张力的数值,计算表面能:
表面能 = 0.06 * 0.000019634 = 0.00000117804焦耳
因此,这个水滴的表面能约为0.00000117804焦耳。