神奇的表面张力

林子健

背景简介

我有兴趣研究表面张力现象，是因为放假时收到了一个包裹。那是一个下雨天，其他送来的信件都湿透了，但雨水在那个蜡纸包装的包裹上却形成了多颗又大又胀鼓鼓的水珠，很是神奇！

为了知道雨水怎么会形成水珠，我跟爸妈到图书馆借阅了相关书籍，又在互联网上搜集了资料。我认识到：液体的表面张力能使液体的表面形成一层弹性的薄膜（如水珠）；不同液体有不同的表面张力，而水的表面张力是较强的；同一种液体的表面张力在不同情况下（如温度有差异）也不一样。为了研究这种现象，我设计了一个创新但简单的实验，只需利用一枚硬币和数种常见的液体便可以说明表面张力这个生活中有广范应用，但个中科学原理又深奥非常的物理概念，以比较的方式证明水及一些看似一样的液体（如白酒、柠檬水和肥皂水）的表面张力是非常不同的。我又通过简单的实验证明，提升温度和添加其他溶液会降低水的表面张力。

我通过实验的方式知道了哪种常见液体的表面张力最强，了解了温度是如何影响水的表面张力，以及在水里添加其他溶液会否改变水的表面张力。

研究过程

实验材料

液体（水、冰水、沸水、皂液、白酒、柠檬汁和牛奶，见图1）、容器、针筒、纸巾和1角硬币。

实验方法和步骤

先把1种液体注满针筒，再慢慢地把液体从针筒滴在1枚1角硬幣上形成1颗“液体珠”直到“液体珠”爆破，然后记录用去液体的分量（即用了多少滴）。每种液体要重复以上步骤5遍。然后，我以不同的液体进行上述实验，这样便可比较使用不同液体的实验结果。

实验原理

一种液体的表面张力越强，便可支持它的“液体珠”长得越大——就是说，要用较多分量（滴）“液体珠”才会爆破，说明这种液体的表面张力较强。因此，这个实验的结果可以用来比较不同液体的表面张力。

实验结果

实验结果的对比见图2。

冰水 室温水 白酒 沸水 牛奶 柠檬水 皂水

不同液体有不同的表面张力

纯净水的表面张力在常见的液体中是最强的，而肥皂水则相对是最小的。

水、白酒、柠檬水和肥皂水这些看似一样的液体，表面张力却非常不同。

水、牛奶、白酒、柠檬水和肥皂水的表面张力差异很大，因此它们形成的“液体珠”的大小也非常不同。

水的表面张力会受温度变化影响

水的表面张力会随温度提升而减低，这从冰水较室温水的表面张力高及室温水较沸水的表面张力高可见（图3）。不同温度下，纯净水能够形成的水珠大小也明显不同。

在水中添加溶液会影响水的表面张力

加入柠檬汁和皂液后，水——即柠檬水和肥皂水——的表面张力大大降低。

加入皂液的水只能支持12滴肥皂水珠（图4右），而室温下的纯净水珠（图4左）平均要超过37滴才爆破。

在日常生活中，由于加入皂液可以降低水的表面张力，令水更易浸润衣物，增加水的洗涤作用。这就是表面张力应用在日常生活的例子！

结论

这次科学研究只利用了1枚普通的1角硬币和一些常见的液体，便形象地显示出表面张力是一种能使液体表面形成一层弹性薄膜的物理现象。相关的简单实验也十分成功。实验的结果清楚地说明：

不同的液体有不同的表面张力；

水的表面张力是常见液体中较强的；

水的表面张力会随着温度降低而增高；

加入如酒精、柠檬汁、奶或皂液等溶液会减低水的表面张力。

该项目获得第30届全国青少年科技创新大赛小学组物质科学一等奖。

专家评语

该项目选题来源于自然，通过几个小实验研究探讨了不同液体间的表面张力差异。实验设计简单合理，资料分析整理正确，结论可靠，符合小学生的认知水平。endprint