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zhoumanman

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[交流] 【求助】表面张力与表面自由能

表面张力与表面自由能是两个完全不同的概念吗？是不是不能用同一符号表示啊？
两者的量纲相同吗？

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1楼2010-01-07 23:57:49

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wusaiqiang

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zhoumanman(金币+4,VIP+0):xiexie 1-8 12:29

表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，如图所示。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。

表面张力的单位在SI制中为牛顿/米（N/m），但仍常用达因/厘米（dyn/cm）, 1dyn/cm = 1mN/m。

　物质的表面具有表面张力σ，在恒温恒压下可逆地增大表面积dA，则需功σdA，因为所需的功等于物系自由能的增加，且这一增加是由于物系的表面积增大所致，故称为表面自由能或表面能。
　　也可以这样理解，由于表面层原子朝向外面的键能没有得到补偿，使得表面质点比体内质点具有额外的势能,称为表面能。
　　由于物体表面积改变而引起的内能改变，单位面积的表面能的数值和表面张力相同，但两者物理意义不同。
　　例子：比如东西放时间长了会发现有灰尘附着，就是因为灰尘附着降低了物体的表面积，从而降低了物体的表面能，物质能量都有自动趋向降低，保持稳定的特点。
　　又如，砸碎石头，就增大了石头的表面能，但是同时你也做了功，能量守恒。
　　大学化学的解释是表面层分子比内部分子多出一部分能量称为表面能

单位为焦耳

一个是力。一个是能。