工程流体力学：表面张力的形成与方向

为什么表面张力的作用方向是平行于表面的？表面张力现象虽然属于宏观范畴，但却直接源自分子间的微观相互作用力 （以及热效应作用下的表面过度区域呈现的各向异性分子构型及分布）：分子间作用力强的液体（如受金属

为什么表面张力的作用方向是平行于表面的？ 表面张力现象虽然属于宏观范畴，但却直接源自分子间的微观相互作用力（以及 热效应作用下的表面过度区域呈现的各向异性分子构型及分布）： 分子间作用力强的液体（如受金属键/氢键作用的水银、水）拥有高的表面张 力，作用力弱的液体（如几乎只受力作用的烷烧类液体）拥有 Van-der-Waals 低的表面张力。 在解析表面张力的成因是，往往能遇到类似图的示意图，并作出以下的叙述： 1 处于体相的分子被周围的同类分子对称地包围，作用在其上的作用力（吸引力）相 互抵消，所以净力为零；但靠近表面、处于表面层的分子由于在垂直方向的对称性 被打破，液相分子之间的共聚力要大于液相分子与气相分子之间的 （cohesion） 粘结力所以感受到一个向下（或指向液相内部）的净力 （adhesion）,net （ 这就导致了表面张力的存在。表面张力导致的效应如同一张覆盖在液体 effect）, 表面的弹性薄膜，薄膜施加一个指向内部的作用力，约束了液体表面积的扩张。 图1 从图中可以直观地看出，处于表面层的分子 在这样的叙述下，自然产生一个问题： 所受到的合力方向垂直地指向液体内部，意味着表面张力的作用方向似乎应该与 这一合力的作用方向一致，也应该是垂直于表面、指向液体内部（inwardforce） o