表面张力产生的原因

Question

表面张力是液体内部分子对表面层（分子稀疏）的引力大于气体分子对于表面层的引力，从而合力垂直指向液体内部，使得表面层分子有向内部运动的趋势，但是为什么表面张力的方向却是与液面相切？

Answer 1

“表面张力是液体内部分子对表面层（分子稀疏）的引力大于气体分子对于表面层的引力，从而合力垂直指向液体内部，使得表面层分子有向内部运动的趋势”这个解释（以下简称简版解释）是粗略含糊且片面的，而且很容易引起误解。比如，一个明显的反例是水中的气泡：按上述解释，包裹气泡的水的表面层中的分子有往水的内部运动的趋势，因此这个气泡有扩大的趋势；但若按真实的表面张力来分析，包裹气泡的水的表面层有尽量缩小这一表面的趋势，因此气泡有缩小的趋势。　　我截了两幅图（不知为何此处无法显示第二张图，请到我博客的相册中的“百度答题”的第7页上找一下最后一张图！），那里对表面张力的解释（以下简称旧版解释）就相当靠谱，尽管它也不得不作了一些简化，但毕竟表面张力还是挺复杂的，难以精确描述。　　

　　我又找到一个版本的解释（以下简称新版解释），它可以看作是简版解释的修正、拓展和深化，使得这样的解释细致而合理了。　　

　　旧版与新版两种解释貌似大相径庭，但其实也只是侧重点不同：新版主要由分子势能入手分析，旧版则主要由分子力入手分析。旧版得出的“横向分子引力大于纵向分子引力，而纵向分子引力等于基本是各向同性的分子斥力”从而“分子引力平均来说大于分子斥力”的结论，与新版得出的“表面层中分子较稀疏导致分子稍稍远离平衡位置从而分子引力大于分子斥力”的结论是一致的。

Answer 2

分子间的相互作用表现为引力。

它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。

就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。

表面张力的大小

在室温（20℃左右）下，大部分液体的表面张力在20〜40达因/厘米范围以内，但也有大于此数的，如水的表面张力为72达因/厘米；水银表面张力为470达因/厘米。液态金属的表面张力都比较大，如1131℃液态铜的表面张力为1103达因/厘米。

一些在常温下为气态的元素，在低温下处于液态时，表面张力却很小，如4.3开液氦的表面张力仅有0.098达因/厘米，90.2开液氢的表面张力为0.2达因/厘米，理论分析还指出，对于同一种液体，温度升高，表面张力降低。

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Answer 3

如果让我来定义表面张力的话 表面张力是由于液体分子间的引力大于周围空气引力的结果。

其实在这其中空气是可以忽略的 我们只要认为 液体之间有分子引力 所以形成了表面张力。
因为在太空的无重力真空环境中 液体金属还是会凝聚成一个球体。这时候周围是没有空气引力的。

而且更重要的是 起初空气的分子引力和液体的分子引力形成的垂直于液体表面的合力并不是形成张力的元凶。
为什么这样说呢？ 我们先用真空状态下的液体金属来说明，因为这时候状况简单。没有空气的引力，合力的大小只是液体分子的引力。

假设 液体表面的分子 只有垂直的引力 却没有横向于液体表面的张力 液体会不会从不规则的形状 凝聚成 规则的形状？如果形成 就表示张力是由 垂直的引力产生的 。
问题是 分子的引力距离是非常短的 所以不会像万有引力一样影响较远距离的水分子。所以每一个水分子受到的分子引力大小是不会叠加的！请注意理解这句话。 而且由于垂直于液体表面的合力大小跟液体分子间的引力大小完全相同，所以不会改变液体的形状。
得出结论 ，液体形成张力的原因并不是垂直于液体表面的合力。

那么 相切于液体表面的张力为什么会改变液体的形状？ 举个形象的比喻的话 这就像两个人拉着一根绳子让绳子紧绷。 越是改变绳子的形状，绳子恢复成直线的力量也就越大。
也就是说 液体的张力 有让液体的表面积 变得最小的趋势！

万有引力会让地球变成球形，张力也会让无重力状态下的液体变成球形。但是这两者的原理是截然不同的。 一个是因为凝聚力 一个是因为包裹于液体表面的表面张力。

仁者见仁，智者见智。 不想多言。

Answer 4

你对液体表面张力的解释，很遗憾，是乱的，我也不能说错的。表面液体分子受到的合力，不是你这样简单的说上下两个引力不同哦，是啊，引力不同，向内部趋势么？下面液体分子的斥力会立刻阻止。
因为液体内部挨得比较密集，引力与斥力处在一个相对平衡的地位上，不知道你知道分子间距与分子间作用力的图不。但液面上层气体分子间距相对来说超大，所以它对液面液体分子不存在什么斥力，这就导致一些液体表面上有些不规则运动的液体分子冲破液体分子之间的引力（引力任何时候相对比较近距离的斥力而言都很小很小，所以液体内部分子冲得很快也无法冲出范围，因为到处都是强大的斥力），而液面上层由于是气体，表面液体分子没斥力约束，他就冲出去了，变成水蒸气，这样液面就会变得分子稀薄，数目一少，分子间距就大了，这些液面分子之间的引力就占主导，这个液面分子之间的引力即所谓的液体表面张力，方向当然沿表面了。

Answer 5

你前面说的是表面张力的形成原因，其中说的那个合力是维持表面张力的因素，而使得表面层分子有向内部运动的趋势的这个趋势，使得表面层（分子稀疏层）横向维持其紧密度的能力所对应的力的大小，指的是表面张力。他的方向是横向的，也就是与页面相切的方向追问

表面张力方向与合力方向是垂直的，能够阻止这种趋势么？我就不明白这点

追答

你可以理解为垂直指向液体内部的合力是产生和维持表便张力的，一个是原因一个是结果。表层分子受到的合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。你在理解下这句话哈。也就是说使表层的分子之间变得更紧凑了的这种切向的趋势，也就是这种收缩力称为表面张力。那个合力是产生这种紧凑趋势的原因。