表面张力单位(表面张力单位换算kg\/h2)怎么可以错过

比如，你把一块巧克力掰成了两半，巧克力发生的变化仅仅是增加了两个表面，而你掰的过程必须消耗掉能量 E，因此每个表面的表面能就是 E/2。

 

今天咱们一同进入一个新的领域——【表面与界面物理力学】。那么就从我们最常听说的名词——“表面张力”入手吧。

先来点准备知识——表面与界面表面（surface）是指【凝聚相】与【气体/真空】之间的分界面。界面（interface）是指【凝聚相】与【凝聚相】之间的分界面。凝聚相，可以理解为“固相+液相”。

表面能——形成表面的代价分子在材料的本体（bulk）中，四面八方都有其它的小伙伴，形成均匀的作用力和距离但是，表面的出现，使得一些分子变得不同，它们的外侧是气体或真空，几乎没有作用力，这使得表面上的分子“很不安分”，产生了。

额外的能量——表面能。

如何理解“表面能”呢？比如，你把一块巧克力掰成了两半，巧克力发生的变化仅仅是增加了两个表面，而你掰的过程必须消耗掉能量 E，因此每个表面的表面能就是 E/2。

所以，表面能代表的是巧克力与空气的差异；同理，所谓“界面能”，就是表征界面两侧两种物质的差异，差异越大，界面能越大表面张力——减少表面能的努力自然界的大道之一，就是“最小能量原理”一个液滴，会自发地寻找能量最小的形状，这里的能量就是表面能，而在表面上的作用力就是表面张力。

太空无重力下的汞滴，会自发形成一颗完美的圆球；空中漂浮的肥皂泡，也会自发地形成一个个球形薄膜——

因为，在相同体积的物体中，球的表面积是最小的，物质会自发地趋向于表面积最小这是因为，表面能 正比于 面积下面咱们展开来看一看这其中的关系单位中蕴含重要原理表面张力的单位为【N/m】，经过换算，我们发现【N/m】=【J/m^2】

从这个等价单位可以看出，表面张力其实是“单位面积上的能量”即：表面张力 = 表面能密度这样，我们就更容易理解公式——表面能[J] = 表面张力[N/m] × 面积[m^2]其实就是——表面能[J] = 表面能密度[J/m^2] × 面积[m^2]。

以上其实是“量纲分析”的一种典型应用，为了简单，采用“单位”的方式叙述，其实道理是一样的拓展：压强就是压力能密度由以上分析，我们可以想到，压强的单位——【Pa】=【N/m^2】=【J/m^3】是否有所启发？。

是的。压强，其实就是压力能（储存于三维体）的密度。对应的，表面张力，是表面能（储存于二维面）的密度。还记得流体力学中的"静力学方程"吗——

其实就是单位体积的能量守恒——动能+重力势能+压力能 为常量。对流体力学感兴趣的同学可移步——

专栏理解学科真谛之——流体力学作者：科技千里眼9.9币717人已购查看再拓展：表面张力是强度量物理量分两类：强度量（intensive quantity）与广延量（extensive quantity）

。强度量是指与体系质量无关的量，如应力、压强、密度、温度、比热、表面能密度（表面张力）等。广延量就是与体系质量成正比的量，如体积、内能、面积、质量、熵、电量、表面能等。

换种思考，强度量不具有可加性，广延量具有可加性比如说，温度加温度是什么？没有物理意义呀两者的关系是——广延量 = 强度量 × 体系的量需要提醒的是，我们已经知道——表面能密度[J/m^2] = 表面张力[N/m]。

表面能[J] = 表面张力[N/m] × 面积[m^2]不过，大量的中文文献和书籍中，经常用“表面能”来代替“表面能密度”，阅读时需要注意压强与表面张力的关系先做一个小实验：咱们拿一个"铁丝圆环"，从肥皂水里蘸一下，取出后会形成一个非常平整的薄膜。

（这是因为肥皂膜自发地追求表面/表面能最小）这时，咱们在一侧吹气（相当于施加了一个压强），平整的薄膜就发生“弯曲”——

事实上，弯曲的表面 与 压强 最终达到平衡。那么，咱们列一下平衡方程吧（假设压强均匀、薄膜为球面）——关注黑色圆平面：表面张力 × 圆周长 = 压强 × 圆面积

从前面的量纲分析中，我们也看到该公式的合理性，写成单位形式——[N/m] × [m] = [N/m^2] × [m^2]公式化简，得到——p = 2γ/R这就是标准的球曲面下，压强与表面张力的关系这个公式也是【。

杨-拉普拉斯方程】的一种简单的形式还有更简单的形式杨-拉普拉斯方程还有更简单的形式，这里需要我们了解一点关于曲率的概论中学时我们学过，曲率κ定义为半径的倒数，即：κ = 1/R这其实是二维下的特殊情况对于三维曲面，

曲率等于任意两个垂直方向上的曲率之和——

显然，标准球曲面的曲率 κ = 2/R下面不用我说大家也知道如何化简了——p = γ·κ这里的p，可以理解为由于表面的出现，而产生的“附加压强”，这个压强的大小与正负，与曲率直接相关如下图，无论是液体中的气泡，还是气体中的液滴，只要是球内的部分，压强就要比球外大，这是由于曲率的正负决定的。

这里科技千里眼奉送一个自己做的仿真计算——液滴在表面张力作用下的变形，我们看到，蓝色部分为负曲率，因此压强为负，而红色部分为正曲率，因此压强为正，液体会从正压强流向负压强，这也是表面张力影响下流体变形的基本原理。

由公式 p = γ·κ 想到的液滴（气泡）半径越小，压强越大，它向周边溶解气体的速率就越快；历经一段时间后，小气泡会逐渐消失，聚集成大气泡，这是气泡的【演变动力学】——

有没有这种情况，就是液滴（气泡）半径无限小，那么，我们是不是创造了一个无限大的压强呢？比如，当液滴（气泡）刚刚形成时，不就是这种情况吗？但是，我们也知道，自然界是不会存在无限大的压强的这是怎么回事呢？原来，液滴或气泡的形成，是需要一个

微小的异物（核）的，一般是灰尘；如果水凝聚在灰尘颗粒上，液滴就能够长大。对于气泡来说，也类似，一些碳酸饮料中，气体的胚胎残留在瓶壁上的某些位置，这些位置正是极微小的凸凹不平处，它们使得气泡不断长大。

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