國立台灣師範大學物理系 物理教學示範實驗教室(網站) 物理問題討論區 (黃福坤)
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熱學/流體 標題:表面張力的問題與小遊戲∼
1:陳建勳榮譽點數80點 (研究所)張貼:2006-11-15 14:49:02:

先介紹一下何謂表面張力

液體的各分子間,都具有互相吸引的力(分子力)存在。因此在液體最外層的分子會受到內部相鄰分子的吸引力作用,向液體內部移動,結果使液體表面猶如張緊的橡皮薄膜,有收縮成為最小面積的傾向。這種使液體表面收縮的力,稱為「表面張力」。

我想請教各位的問題是,為何界面活性劑可以破壞液體表面張力?

舉個例子,在玻璃上滴一滴水,可以看到水珠胖胖的樣子,但若加入清潔劑後,會發現水珠攤平了,意味著水的表面張力減少?

我有聽過一個說法,舉油與水混合的例子來說,由於水與油互相討厭,所以會有明顯的界線分離兩液體。兩液體各自凝聚,使得平衡態時的界面面積達到最小。而界面活性劑具有一端親水一端親油的結構,他的出現使得水與油之間不再這麼討厭,因此降低了液體的表面張力...

請問這個說法好嗎?我總覺得好像哪裡怪怪的...水的表面張力不是自己本身的物質特性(內聚力造成)嗎?會因為接觸不同物質(附著力的改變)而不同嗎?

還是其實不該這樣描述:"界面活性劑可以破壞液體表面張力..."

而是應該說成:"界面活性劑可以降低水的內聚力..."?

請問,又該如何解釋在水面的浮油中間滴一滴清潔劑,油會往外擴出一個圓洞的現象呢?

是因為清潔劑破壞了油的表面張力(油的內聚力)嗎?

還是因為中心那區水的表面張力被破壞,外圍區還保有表面張力,水往外拉,而油層浮在水上就順勢被水往外帶開?

 

 

這邊我提出一個曾經看過的小遊戲:

一保麗龍小船放在水面上,尾端接一塊肥皂,可以發現小船會前進喔!

請問我可以用下面這個圖來解釋嗎?是否因表面張力造成船前進的呢?

[ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 14:49:38 ] [ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 14:51:34 ] [ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 15:04:25 ] [ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 15:23:46 ] [ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 15:52:27 ]

[ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-15 16:04:46 ]
2:黃福坤 (研究所)張貼:2006-11-15 18:09:59: [回應上一篇]

液體的表面張力起源於液體表面分子間交互作用

若是換不同液體因為作用力不同因此會有不同表面張力

同樣的水被滴上介面活性劑會影響表面的性質 也就是表面張力(才稱為介面活性劑)

因為表面不在只是有水分子而已還有其他分子!

一保麗龍小船放在水面上,尾端接一塊肥皂

肥皂附近表面張力減小了(並非破壞到沒有表面張力)因此船兩端受到液體作用力不同 因此而產生淨力於是前進!


3:吳良彥榮譽點數4點(大學理工科系)張貼:2007-01-26 13:41:31: [回應上一篇]

請問:

      我們用表面張力來解釋上面這小船移動的實驗,而表面張力的來源一般是是說來自體間分子和分子間的作用力。

    但我有些疑惑,上述所謂降低表面張力是指水分子與水分子間的力,或是水分子與船身表面分子的力?


4:黃福坤(研究所)張貼:2007-01-27 09:50:35: [回應上一篇]
從微觀而言 以上兩種情形都不是
而是將部分區域 水分子與水分子之間的作用變成 水分子與肥皂分子的交互作用 或在邊界上肥皂分子與船身表面的作用
觀察的結果則是所有微觀的總和.


5:吳良彥榮譽點數4點(大學理工科系)張貼:2007-01-29 21:02:30: [回應上一篇]

教授:

    所以根據上述,船之所以移動是因為水拉船的力大於肥皂水拉船的力,是嗎?


6:陳建成(大學理工科系)張貼:2007-03-20 13:15:08: [回應上一篇]

   我想,真實的情況應該是界面活性劑側的推力導致船的前進.

當水分子和介面活性劑發生混合後,界面活性劑的親水端便與水分子做了結合包圍.

露在外側的便是包圍水分子的疏水基團.如此一來,位於下方的水分子便因疏水基團的疏水性,發生了由下往上,從而由內往外的推擠.致使船的前進.


7:城市隱者榮譽點數8點(大學理工科系)張貼:2012-01-30 00:35:43: [回應上一篇]

說說我的看法,請各位指教.

表面張力,以水為例,是因為水表面蒸發,造成表面水分子密度比內部稀疏.所以水分子就處于吸引的狀態(初中分子力).而內部較密集的水分子,處于分子力平衡位置附近,引力沒那麼大(猜測,沒有找到數據支持).

由于整個水面的分子都處于互相吸引的狀態,所以彼此拉緊,形成一張覆貌磾悸瑭^緊的薄.

滴肥皂水能破壞張力的原因,我估計是這樣:本來表面張力是因為分子稀疏造成的,如果有肥皂的分子滲進來,就填補了這些空間,于是膜就松弛了,水滴也崩潰了.(如果不是所有親水物都能破壞表面張力,那這個解釋就失敗了)

放紙船于水面,其後附肥皂,破壞了後面的張力,則前面的張力作大,便將船拉向前.

說完我的觀點後,又想說:我覺得貼主的內聚力解釋好像也說得通.如果那是錯的,我想知道錯在哪里?

順便借寶地問個問題:波浪的形成和表面張力有關吧?或者至少是有很大關係吧?如果是,我想以後船在海上遇到大浪,往海里倒肥皂水是否能平息呢?

我是找這個問題的答案才找到這個貼子的.


還有個問題一併問了吧:

肥皂既然能破壞表面張力,那為什麼吹肥皂泡很容易,吹水泡就那麼難呢?

吹起的肥皂泡看起來很有張力的樣子,而且測張力的實驗也是用肥皂水做的,而很難用水做成.因為肥皂膜可以拉得很長.


8:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-30 09:24:23: [回應上一篇]

Quote:

在 2012-01-30 00:35:43, 城市隱者 寫了:

說說我的看法,請各位指教.

表面張力,以水為例,是因為水表面蒸發,造成表面水分子密度比內部稀疏.所以水分子就處于吸引的狀態(初中分子力).而內部較密集的水分子,處于分子力平衡位置附近,引力沒那麼大(猜測,沒有找到數據支持).


想一想 以上的假設 如何設計實驗去檢驗
Quote:

由于整個水面的分子都處于互相吸引的狀態,所以彼此拉緊,形成一張覆貌磾悸瑭^緊的薄.

滴肥皂水能破壞張力的原因,我估計是這樣:本來表面張力是因為分子稀疏造成的,如果有肥皂的分子滲進來,就填補了這些空間,于是膜就松弛了,水滴也崩潰了.(如果不是所有親水物都能破壞表面張力,那這個解釋就失敗了)


若以上假設為真 則表面張力的變化是否和添加物關係很小 重要的是添加的量 進行實驗比較看看
Quote:

放紙船于水面,其後附肥皂,破壞了後面的張力,則前面的張力作大,便將船拉向前.

說完我的觀點後,又想說:我覺得貼主的內聚力解釋好像也說得通.如果那是錯的,我想知道錯在哪里?


是否 後面有變化  因此有改變 而不是前面有變化
Quote:

順便借寶地問個問題:波浪的形成和表面張力有關吧?或者至少是有很大關係吧?如果是,我想以後船在海上遇到大浪,往海里倒肥皂水是否能平息呢?

我是找這個問題的答案才找到這個貼子的.


或許有部分效果 但是一定要平息 是否要求過了些
Quote:

還有個問題一併問了吧:

肥皂既然能破壞表面張力,那為什麼吹肥皂泡很容易,吹水泡就那麼難呢?

吹起的肥皂泡看起來很有張力的樣子,而且測張力的實驗也是用肥皂水做的,而很難用水做成.因為肥皂膜可以拉得很長.




肥皂泡平衡時 是 內部壓力 稍大於大氣壓力 其差值就是表面張力所造成效果
若表面張力無法達到平衡的結果 就破了
況且從小泡泡到大泡泡的過程 肥皂泡的厚度也同時變化喔!

9:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2012-08-11 22:28:28: [回應第1篇]

我想界面活性劑有一項重要的功能,即浸潤。倒並一定要一頭結合水,一頭結合油脂。水本身就有很強的洗滌能力,有些髒污,只須用水浸泡一段時間,不用人去洗,水自動就把髒污分解。等到髒污分解,我們再用清水沖洗一下,就很乾淨了。

但是水的表面張力太大時,卻造成它無法浸潤衣物。如果衣服纖維上有一層油脂,水根本無法穿透纖維間的細小縫隙,以致無法浸潤。就像它無法潤濕油紙那樣。


Quote:
在 2006-11-15 14:49:02, 陳建勳 寫了:

我想請教各位的問題是,為何界面活性劑可以破壞液體表面張力?

舉個例子,在玻璃上滴一滴水,可以看到水珠胖胖的樣子,但若加入清潔劑後,會發現水珠攤平了,意味著水的表面張力減少?


難道不該如此解釋?圓滾滾的水珠,表示它能抵抗重力,就像一間屋子挺立;當表面張力降低,水珠抵抗重力的能力減弱,就攤成一片。這也像屋子解體時,攤成一堆碎塊、殘瓦。


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