液體表面張力與毛細現象

表面張力（Surface tension）的現象與成因
台中縣常春藤高級中學李品慧教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

表面張力是使液體表面像一張薄板的特性，因此昆蟲可以在水面上行走，也使得小物體，甚至金屬如針頭，刀片，或錫箔碎片，可以漂浮於水面上，另外，它也是毛細現象的成因。

如果不考慮表面張力，將無法解釋許多物理和化學液體的特性，它控制小質量液體可以產生的形狀，以及液體與另一物質之間的接觸角。

應用牛頓物理學來分析表面張力所造成的力，可精確地預測許多人們司空見慣的液體特性，此外，也可應用熱力學分析相同的力，更進一步地預測液體其他更細微的特性。

表面張力的成因為液體分子與其他不同分子間的吸引力。液體內部，每個分子被各方向的鄰近分子以同樣大小的力吸引著，因此淨力為零；然而在液體表面，液體分子被下方的液體分子拉向內，但沒有被其他鄰近介質(可能為真空、空氣或其他液體)拉緊，因此所有表面的分子主要皆受到向內的吸引力，唯一能抗衡的只有壓縮液 體時產生的阻力，此向內的拉力削減表面積，使液體的表面就像拉長的彈性膜，而液體盡可能地拉緊自身直到擁有最小表面積。

表面張力 (Surface Tension) 的量度
臺中縣常春藤高級中學李品慧教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

表面張力通常用 $$\sigma$$，$$\gamma$$ 或 $$T$$ 來表示，可定義為液體表面上對每單位長度所呈現的張力，此力平行於液體表面，但與線框垂直。想像線框上長度 $$L$$ 的肥皂薄膜，則其受到 $$2\gamma L$$ 向內的表面張力（薄膜兩面皆有表面張力，故乘以 $$2$$）^[1]。表面張力的量度單位為每單位長度所受的力，其 SI 單位為牛頓/ 公尺 $$(N/m)$$，但達因/ 公分 $$(dyne/cm)$$ 的 CGS 單位較常被使用^[2]。