【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第五章液体的性质

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】

§5-3表面能

【01】由于表面层里的分子都受有指向液体内部的拉力作用，因此，如果要把液体分子从内部移到表面层去，就必须克服这个拉力做功。这个力从分子通过表面层的下界面（此界面离液面的距离等于分子作用球的半径）时开始发生作用，并随着分子接近液面而逐渐增大。反抗这个力所做的功转变成分子的势能，正如把石块从地面上举起时，反抗重力所做的功转变成石块的势能一样。因此，位于液体表面层中的每一个分子，比起液体内部的分子来，也就具有较大的势能。这就好象被举起的石块要比它在地面时具有较大的势能一样。表面层中全部分子所具有的额外的势能的总和，叫做表面能，它是内能的一种形式。液体的表面越大，具有较大势能的分子数也越多，因此，表面能也越大。当一定质量的液体的表面增加时（例如把水分散成许多小水滴），液体的内能也增加。这就是我们曾经在§2·3中讲过的物体内能改变的一种情况。

【02】在力学中我们已经学过，一个物体在稳定平衡时，势能最小。例如，被举高的物体，如果没有力支持它，便会向低处下落，也就是向势能较小的位置移动。这个原理不仅适用于力学，而且具有普遍的意义。根据这个原理，表面层中的分子，同样也有向势能较小位置移动的倾向。因此，一定质量的液体处于稳定平衡时，它的表面能总是处于一切可能值中的最小值。但是，只有在液体的表面积减小时，它的表面能才可能减少。因此，液体的表面要尽可能地收缩，直到表面积最小时为止。而且几何学告诉我们，包围一定体积的各种表面，以球面的面积为最小。所以，除了液体内部的分子相互作用力以外，如果没有外力作用，液体都将形成球状。大量液体总是依照盛着它的容器的形状分布，这是因为重力和容器壁起主要作用的缘故。少量液体如露珠和小水银滴则呈现球状，这是因为分子力的作用已处于主要地位。

习题5-3

1、为什么说，处于液体表面层中的分子，比起液体内部的分子来具有较多的势能？

2、把大块液体分散为许多小液滴时，液体的内能发生了什么变化？为什么？

3、为什么液体表面有自发收缩的趋势？为什么小液滴总呈现球状？

4、棉花沾水后体积会发生怎样的改变？说明这一现象。

5、为什么头发浸在水中时向四面分开，而离开水面后会立即粘在一起，并紧贴在头上？

6、将细金属丝放在火焰上锻烧后，它的熔化端会成球形。这是什么原因？

7、制造铅丸时，我们把熔化的铅在高处由细孔中滴入水中。当铅在水中下沉时，逐渐冷却，同时凝成球形。解释这种现象。