液體表面一般表現(xiàn)出收縮基表面積的傾向,如呈橢球形的雨滴(重力場影響)、毛細(xì)管口的水滴、夏天早晨草上的露珠、玻璃板上的汞球,這是因?yàn)樵诘荣|(zhì)量(即等體積)的液體所呈現(xiàn)的各種形狀中,以球體的表面積zui小。
觀測表面張力zui典型的實(shí)驗(yàn)是皂膜實(shí)驗(yàn)。如ABCD為一金屬框架,CD為可動(dòng)邊,邊長為L。若剛從皂液中提起這個(gè)金屬框,可觀察到CD邊會(huì)自動(dòng)收縮。要維持CD邊不動(dòng),則須施加一適當(dāng)外力f??蒀D邊受到一個(gè)與力f大小相等、方向相反的力的作用。 f=r×2L
式中,“2"是因?yàn)橐耗び泻穸?,有兩個(gè)面;r為比例系數(shù),稱為表面張力系數(shù),簡稱表面張力。
表面張力是指在液面上(對(duì)彎曲液面是在液面的切面上)垂直作用于單位長度上的是表面積收縮的力,單位為N·m-1(牛頓·米-1)或mN·m-1(毫牛頓·米-1)。
力有三要素:作用點(diǎn)、方向、大小。對(duì)表面張力,作用點(diǎn)是在表面上,若為彎曲面,則在切面上;使表面積收縮體現(xiàn)了方向;大小是單位長度上的力。但要注意,對(duì)表面張力,作用點(diǎn)應(yīng)是作用線,它是作用在單位長度上的力,實(shí)際上是二維空間的壓力的概念。
關(guān)于表面張力的方向,燒杯中的水,在其表面上任一位置取單位長度,或取一個(gè)圓。由圖可見,平液面單位長度的兩個(gè)方向都有表面張力,大小相等,方向相反,互相抵消;在平液面上任取一圓,其周圈上的切線取單位長度,各個(gè)方向都有,且大小相等,合力也為零。管口上的液滴,重力G的作用使液滴表面積增加,而表面張力從相反方向使液滴表面積收縮,這是彎曲液面,該表面張力的方向在管口周圍的各個(gè)方向切面上。