表面張力と表面エネルギー

液体表面は引き伸ばされた膜のように振る舞うため、表面積が最小限に抑えられる傾向があります。この特性は表面張力と呼ばれます。

液体内の分子は、周囲の分子からすべての側面に等しく引力を受けます。しかし、表面分子は非対称的な力を受けます。

表面分子にかかる正味の内向きの力が分子を引き下げ、表面張力を引き起こします。

バルク分子を表面に向かって移動させ、表面分子の位置エネルギーを増加させる作業が行われます。この追加のエネルギーが表面エネルギーです。

スライドワイヤーを石鹸液に浸して、上部と下部の表面で気泡を形成するフレームを考えてみましょう。表面張力は摺動ワイヤーに対して垂直に内側に作用し、ワイヤーを外側に引っ張るには外力が必要です。この単位長さあたりの力が表面張力を与えます。

力がワイヤーを距離を引っ張って表面積を増やすと、表面エネルギーは行われた作業によって与えられます。これは、表面張力が単位表面積あたりの表面エネルギーとしても定義できることを示しています。