水果 表面張力 (水)
1.水為甚麼會有表面張力?2.該如何擴張水的表面張力(例:加入其它液體.還是加....??)3.其他常見液體的表面張力和水來比較
因為很多網友詢問關於水的表面張力的相關問題 近期內準備對表面張力進行總整理 水的化學式是H2O表示水分子是由兩個氫和一個氧結合而成 由於氫原子與氧原子對於最外層電子的影響不同 於是電子比較靠近氧原子 於是 成為氫離子與氧離子 氫與氧之間由於電荷分佈不均勻有點類似兩個很靠近的正負電荷(形成所謂的電偶極) 水的分子的結構 相對位置有點類似米老鼠的頭 大頭的部分好像氧 而氫就有點像位於兩個耳朵的位置 示意圖如下 http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_molecules.gif由於水分子本身具有極性 因此在外加電場下水分子的極性方向會偏轉(傾向於與外加電場方向相反)抵銷外界的影響 因此水分子具有極大的介電常數 (一般物質介電常數約在10以內,水分子的介電常數接近80) 為何有時候看到水滴,有時候水分佈在物體表面(沾濕了),有時候在表面上也有水滴! 其原因都在於原子或是分子間彼此存在交互作用力! 這些原子或分子都是非常小的粒子 想像一下: 一公克的水約包含3.3x1022個水分子 (33000000000000000000000個) 108相當於一億 若是讓一公克的水放在體積一立方分的空間內 則每一邊約有23000000個水分子 (兩千三百萬個,比較一下台灣有多少人!) 若是這些水分子間彼此靠的太近則會互相排斥 (非常強的排斥力 因此水和金屬一樣都是極不容易被壓縮的) 當水分子間處於某特殊距離 D 時 彼此間完全沒有交互作用力 但是當彼此間距離大於 D 時 又會相互吸引http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_29_PotWellZP.gif上兩圖顯示兩個水分子間位能(縱軸)與距離(橫軸)間的關係圖(兩圖的差別為上圖的水溫度較下圖高) 圖中的綠色水平線代表縱軸能量為零的座標軸 白點代表每一個分水子的能量分佈情形 每一白點與紅色曲線的垂直距離代表該水分子的動能想像 圖中的紅色曲線是某軌道的形狀 最低點的距離便是所說的平衡位置 D 若粒子放在D處 則靜止不動 但是若放在大於D處 則會朝向 D 滾過去(也就是距離便小/被吸引) 若是放在距離小於D處 也會朝向 D往外滾(很傾斜代表作用力很大/斜率大小代表作用力大小) 因此若粒子最初放在綠線下區段的任一處則會在區間內來回運動 溫度愈高 動能愈大 若是接近綠線的白點多獲得一些能量 則能夠跑離彼此的約束 對應於水蒸發成氣態 稍微增加水的溫度可以讓水更有機會超越綠線(彼此間碰撞時連續獲得能量)而增加蒸發速率 從圖中的分佈可知 當溫度升高時 水分子間的平均距離也增加了(膨脹) 因為表面張力是起源於水分子間的吸引力 溫度升高時 彼此間吸引力減弱 也因此表面張力隨溫度升高而降低 當水沸騰時 表面張力相對減少許多 當溫度很低時 水分子動能減少(彼此間距離愈來愈接近 D) 相對位置固定 而形成固態 當溫度升高時彼此間距離在 D左右來回變化(振動) 且振幅逐漸增加 彼此間雖然仍然相互吸引 但是沒有固定相對位置 而形成液態 溫度更高時(能量高於綠線) 彼此不在吸引而自由運動 成為氣態 (此時分子間平均距離約為D的數十倍) 液態時 所有水分子間都相互吸引 因此平均而言內部水分子所受合力約為零(四面八方都有吸引力 彼此抵銷) 但是在表面的水分子則僅受到四邊和下方的水分子吸引 因此合力不再為零 這些水分子受到較少的約束 也就是能量較高 水面的這些水分子也會形成力平衡狀態 由於能量較高因此平衡距離略大於同溫較低能量的水分子 也就是這些水分子間存在相互吸引的作用力 一顆水珠在空中會是近乎球狀分佈 因為這樣的能量狀態最低(有最小的表面積) 球狀是相同體積下表面積最小的形狀 (二維時 相同面積最小周長的形狀也是圓形,最小周長的矩形則是正方形) 反過來 用相同長度的線 所圍成最大面積的矩形是正方形, 最大面積的形狀則是圓形 不信的話拿線 試試看! http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_Web4.jpg 參考資料 網站http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=4040&forum=29
參考資訊:http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1306042008249
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因為很多網友詢問關於水的表面張力的相關問題 近期內準備對表面張力進行總整理 水的化學式是H2O表示水分子是由兩個氫和一個氧結合而成 由於氫原子與氧原子對於最外層電子的影響不同 於是電子比較靠近氧原子 於是 成為氫離子與氧離子 氫與氧之間由於電荷分佈不均勻有點類似兩個很靠近的正負電荷(形成所謂的電偶極) 水的分子的結構 相對位置有點類似米老鼠的頭 大頭的部分好像氧 而氫就有點像位於兩個耳朵的位置 示意圖如下 http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_molecules.gif由於水分子本身具有極性 因此在外加電場下水分子的極性方向會偏轉(傾向於與外加電場方向相反)抵銷外界的影響 因此水分子具有極大的介電常數 (一般物質介電常數約在10以內,水分子的介電常數接近80) 為何有時候看到水滴,有時候水分佈在物體表面(沾濕了),有時候在表面上也有水滴! 其原因都在於原子或是分子間彼此存在交互作用力! 這些原子或分子都是非常小的粒子 想像一下: 一公克的水約包含3.3x1022個水分子 (33000000000000000000000個) 108相當於一億 若是讓一公克的水放在體積一立方分的空間內 則每一邊約有23000000個水分子 (兩千三百萬個,比較一下台灣有多少人!) 若是這些水分子間彼此靠的太近則會互相排斥 (非常強的排斥力 因此水和金屬一樣都是極不容易被壓縮的) 當水分子間處於某特殊距離 D 時 彼此間完全沒有交互作用力 但是當彼此間距離大於 D 時 又會相互吸引http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_29_PotWellZP.gif上兩圖顯示兩個水分子間位能(縱軸)與距離(橫軸)間的關係圖(兩圖的差別為上圖的水溫度較下圖高) 圖中的綠色水平線代表縱軸能量為零的座標軸 白點代表每一個分水子的能量分佈情形 每一白點與紅色曲線的垂直距離代表該水分子的動能想像 圖中的紅色曲線是某軌道的形狀 最低點的距離便是所說的平衡位置 D 若粒子放在D處 則靜止不動 但是若放在大於D處 則會朝向 D 滾過去(也就是距離便小/被吸引) 若是放在距離小於D處 也會朝向 D往外滾(很傾斜代表作用力很大/斜率大小代表作用力大小) 因此若粒子最初放在綠線下區段的任一處則會在區間內來回運動 溫度愈高 動能愈大 若是接近綠線的白點多獲得一些能量 則能夠跑離彼此的約束 對應於水蒸發成氣態 稍微增加水的溫度可以讓水更有機會超越綠線(彼此間碰撞時連續獲得能量)而增加蒸發速率 從圖中的分佈可知 當溫度升高時 水分子間的平均距離也增加了(膨脹) 因為表面張力是起源於水分子間的吸引力 溫度升高時 彼此間吸引力減弱 也因此表面張力隨溫度升高而降低 當水沸騰時 表面張力相對減少許多 當溫度很低時 水分子動能減少(彼此間距離愈來愈接近 D) 相對位置固定 而形成固態 當溫度升高時彼此間距離在 D左右來回變化(振動) 且振幅逐漸增加 彼此間雖然仍然相互吸引 但是沒有固定相對位置 而形成液態 溫度更高時(能量高於綠線) 彼此不在吸引而自由運動 成為氣態 (此時分子間平均距離約為D的數十倍) 液態時 所有水分子間都相互吸引 因此平均而言內部水分子所受合力約為零(四面八方都有吸引力 彼此抵銷) 但是在表面的水分子則僅受到四邊和下方的水分子吸引 因此合力不再為零 這些水分子受到較少的約束 也就是能量較高 水面的這些水分子也會形成力平衡狀態 由於能量較高因此平衡距離略大於同溫較低能量的水分子 也就是這些水分子間存在相互吸引的作用力 一顆水珠在空中會是近乎球狀分佈 因為這樣的能量狀態最低(有最小的表面積) 球狀是相同體積下表面積最小的形狀 (二維時 相同面積最小周長的形狀也是圓形,最小周長的矩形則是正方形) 反過來 用相同長度的線 所圍成最大面積的矩形是正方形, 最大面積的形狀則是圓形 不信的話拿線 試試看! http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/pics/2_Web4.jpg 參考資料 網站http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=4040&forum=29
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