是什么影响了水滴的表面张力?
你可能已经注意到,水滴经常会寻找其他水滴,这些水滴变得越来越大,就像窗户上的雨水一样。或者,也许你已经注意到小虫子能够在水上站立。他们是如何做到的?这都与水的表面张力有关。在今天的实验中,我们将探究这是怎样强大的一种力量。
表面张力可以解释为什么小昆虫可以在水上行走,以及为什么水滴倾向于形成球形。这一切都与水分子粘附在其他水分子上的方式有关。
一个水分子由一个氧原子和两个氢原子构成。这些原子通过共用电子对连接。由于将氢原子与氧原子连接起来的这种力的缘故,水分子的一侧倾向于多一些正电性,而另一侧则倾向于多一些负电性。这导致一个分子的负电性一侧能够吸引另一个分子的负电性一侧。因此,水分子将自身推拉成一定的排列。这种平衡是所有正电性和负电性在总体上相互达到平衡。在水中,这些力均等地朝各个方向拉。但是从水的表面上看,情况则有所不同。在水的边缘,水倾向于沿着表面排列,以使表面上的分子被拉向其余的水分子。这种拉动产生了水分子的一个薄层,它们相互连接在一起,产生了本实验中将看到的表面张力。
是什么使我们能在硬币上获得这么大的一个水形成的圆顶呢?原因就是由于水的表面张力很高。发生这种情况是因为水分子喜欢粘在一起。此属性称为内聚力。水还喜欢粘其他东西,例如硬币。该性质称为粘附力。是什么导致水圆顶最终塌陷?答案是重力!在实验过程中,重力在施加拉力,试图将水面弄平并将其拉到桌子上。当水的重量变得太大时,重力会成功地使水圆顶塌陷。这意味着拉在水面上的重力大于将水拉在一起的内聚力。这可以帮助我们理解为什么水虫能够在水面上站立。向下拉动虫子的重力小于水分子粘在一起的内聚力,因此虫子可以站立在水上而不会击溃水的表面张力。
完成后请务必进行清理。将液体倒回水槽中,然后冲入下水道。清洗后,将工具放回原来的柜子或抽屉中。
有很多方法可以扩展此实验并更好地了解表面张力。你是否认为所有液体的表面张力都相同?你可以尝试用牛奶、橙汁或植物油作实验来看看会发生什么情况?你得到的结果相同吗?如果你在水中混入了东西怎么办,这会改变水的表面张力吗?尝试在水中添加肥皂或盐,看看是否会影响到实验的结果。
请记住,你一次只能改变一个变量,这样你就可以更好地了解导致结果发生改变的原因。