表面張力的量度

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]。

另一定義在熱力學中較普遍，為每單位面積所作的功，因此每增加一小質量的表面積 $$\Delta A$$，需作功 $$\gamma\Delta A$$^[1]，這些功被儲存為位能，因此表面張力量度的 SI 單位也可為焦耳 / 平方公尺 $$( J/m^2)$$，CGS 單位則為耳格 / 平方公分 $$(erg/cm^2)$$。

由於力學體系會自動尋找最低位能的狀態，因此一給定體積的自由滴液會自然形成球形而有最小的表面積。

每單位面積所做的功與每單位長度所受的力相等可由因次分析得到證明^[1]。

參考資料

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension

參考書目

[1] Sears, Francis Weston; Zemanski, Mark W. University Physics 2nd ed. Addison Wesley 1955
[2] John W. M. Bush (April 2004). MIT Lecture Notes on Surface Tension, lecture 1. Massachusetts Institute of Technology. Retrieved on April 1, 2007.