表面能

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介绍

表面能是势能，适用于液体分子，其中分子与液体物质位于同一表面。当分子试图沉降到液体表面的底层时，表面能通常会降低。在表面能的情况下，固体材料和表面之间通常同时存在等效的吸引力。

什么是表面能？

表面能可以定义为一种能量，其中固体分子和表面分子之间存在等效的吸引力。表面能通常会发生高低变化。根据表面能的特性，它无法被测量，因为它是在表面分子和固体分子之间实时相互作用过程中产生的 (Darwish 等人，2022)。

在表面能的情况下，液体的表面通常被称为拉伸膜。在表面能的产生过程中，表面在存在于液体表面时会储存一些势能。在这种情况下，表面能被称为表面自由能。

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表面能也可以描述为量化固体或液体表面多余能量的度量。这种能量通常用于材料之间的粘合和润湿过程。尽管它可以量化这些过程，但并非每次都能进行定量测量。

在块状材料中，原子通常在彼此之间产生相互作用和键合时处于平衡和稳定状态。在此过程中，表面能作为相对测量值在表面和材料之间产生。在大多数情况下，表面能不利于完全键合，并且在大多数情况下，它们会导致表面和材料之间在实时情况下发生不完全键合。

例如，如果将金属球扔到某个表面上，由于地心引力的作用，它会产生表面能。在这种情况下，当产生表面能时，它也会同时释放表面张力。像玻璃、金属、陶瓷和材料之类的材料表面会产生表面能，因为它们在原子之间相互作用方面具有更强的键合力。

例如，离子键、金属键和共价键能够实时产生表面能。

表面能公式

表面能以 N/m 的 SI 单位表示，其量纲为 $\mathrm{[MT^{-2}]}$。在某些情况下，表面能也以 $\mathrm{mJ/M^{2}}$ 的单位测量。例如，玻璃的表面能为 83.4 $\mathrm{mJ/M^{2}}$，水的表面能为 73 $\mathrm{mJ/M^{2}}$，铜的表面能为 1650 $\mathrm{mJ/M^{2}}$，铅的表面能为 442 $\mathrm{mJ/M^{2}}$。

表面能的量纲公式为 $\mathrm{[M^{1}L^{0}R^{-2}]}$。这里，M 表示材料的质量，L 表示材料的长度，T 表示时间。例如，如果表面能的推导是表面能 (E) = 能量 $\mathrm{\times [面积]^{-1}...(1)}$，则能量将等于 $\mathrm{力\:\times \:位移=m\times a\times x\:位移}$。然后，能量将为 $\mathrm{[M^{1}\times M^{0}L^{1}T^{-2}\times L^{1}]}$。之后，当应用量纲公式时，方程式处于能量 = $\mathrm{[M^{1}L^{2}T^{-2}]...(2)}$。

则量纲公式将为 $\mathrm{[M^{0}L^{0}T^{0}]...(3)}$。因此，表面能的量纲表示将为 $\mathrm{[M^{1}L^{2}T^{-2}]}$。

表面能和表面张力之间的关系

表面能和表面张力相互关联，基于物体实时接触特定表面的可能性。数学上，它们通过以下公式相关联：

$$\mathrm{表面能=能量/面积=焦耳/米^{2}=牛顿\times 米/米^{2}=力/长度=表面张力}$$

因此，它概述了在表面能的产生过程中，能量除以面积，然后等于焦耳除以质量，然后是牛顿乘以质量。这里，力除以长度，最终与表面张力相关。

例如，如果取一个矩形线框并将其浸入肥皂溶液框架中，则在此操作过程中将产生两个表面。让我们假设 T 表示肥皂溶液，L 表示线框。

因此，表面和导线之间的施加力将为 T $\mathrm{\times}$ L，因此总力将为导线 = 2TL。在这个实验中，表面薄膜同时经历表面能和表面张力

结论

表面能通常存在于材料的最外层区域，其中原子没有与附近的原子键合。这通常发生是因为键合的原子包围了原子的物理结构。但是，在接触表面之前，材料的分子会裂开并破坏材料外端的原子。

常见问题

问1. 哪个力导致表面能的产生？

答：液体分子中的内聚力主要负责表面能的产生。在这里，当在新表面内产生每单位面积的功时，就会形成表面能。

问2. 哪些因素最影响表面能？

答：将固体切割成碎片最能影响表面能的形成。当它被切割成碎片时，它们会破坏键并增加表面积，最终在此过程中增加表面能。

问3. 哪个实时材料具有最高的表面能？

答：金属是一种具有高表面能的实时材料，因为它们能够在不同的环境条件和温度下表现良好。