神奇的表面張力

林子健

背景簡介

我有興趣研究表面張力現象，是因為放假時收到了一個包裹。那是一個下雨天，其他送來的信件都濕透了，但雨水在那個蠟紙包裝的包裹上卻形成了多顆又大又脹鼓鼓的水珠，很是神奇！

為了知道雨水怎么會形成水珠，我跟爸媽到圖書館借閱了相關書籍，又在互聯網上搜集了資料。我認識到：液體的表面張力能使液體的表面形成一層彈性的薄膜（如水珠）；不同液體有不同的表面張力，而水的表面張力是較強的；同一種液體的表面張力在不同情況下（如溫度有差異）也不一樣。為了研究這種現象，我設計了一個創新但簡單的實驗，只需利用一枚硬幣和數種常見的液體便可以說明表面張力這個生活中有廣范應用，但個中科學原理又深奧非常的物理概念，以比較的方式證明水及一些看似一樣的液體（如白酒、檸檬水和肥皂水）的表面張力是非常不同的。我又通過簡單的實驗證明，提升溫度和添加其他溶液會降低水的表面張力。

我通過實驗的方式知道了哪種常見液體的表面張力最強，了解了溫度是如何影響水的表面張力，以及在水里添加其他溶液會否改變水的表面張力。

研究過程

實驗材料

液體（水、冰水、沸水、皂液、白酒、檸檬汁和牛奶，見圖1）、容器、針筒、紙巾和1角硬幣。

實驗方法和步驟

先把1種液體注滿針筒，再慢慢地把液體從針筒滴在1枚1角硬幣上形成1顆“液體珠”直到“液體珠”爆破，然后記錄用去液體的分量（即用了多少滴）。每種液體要重復以上步驟5遍。然后，我以不同的液體進行上述實驗，這樣便可比較使用不同液體的實驗結果。

實驗原理

一種液體的表面張力越強，便可支持它的“液體珠”長得越大——就是說，要用較多分量（滴）“液體珠”才會爆破，說明這種液體的表面張力較強。因此，這個實驗的結果可以用來比較不同液體的表面張力。

實驗結果

實驗結果的對比見圖2。

冰水 室溫水 白酒 沸水 牛奶 檸檬水 皂水

不同液體有不同的表面張力

純凈水的表面張力在常見的液體中是最強的，而肥皂水則相對是最小的。

水、白酒、檸檬水和肥皂水這些看似一樣的液體，表面張力卻非常不同。

水、牛奶、白酒、檸檬水和肥皂水的表面張力差異很大，因此它們形成的“液體珠”的大小也非常不同。

水的表面張力會受溫度變化影響

水的表面張力會隨溫度提升而減低，這從冰水較室溫水的表面張力高及室溫水較沸水的表面張力高可見（圖3）。不同溫度下，純凈水能夠形成的水珠大小也明顯不同。

在水中添加溶液會影響水的表面張力

加入檸檬汁和皂液后，水——即檸檬水和肥皂水——的表面張力大大降低。

加入皂液的水只能支持12滴肥皂水珠（圖4右），而室溫下的純凈水珠（圖4左）平均要超過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張力，令水更易浸潤衣物，增加水的洗滌作用。這就是表面張力應用在日常生活的例子！

結論

這次科學研究只利用了1枚普通的1角硬幣和一些常見的液體，便形象地顯示出表面張力是一種能使液體表面形成一層彈性薄膜的物理現象。相關的簡單實驗也十分成功。實驗的結果清楚地說明：

不同的液體有不同的表面張力；

水的表面張力是常見液體中較強的；

水的表面張力會隨著溫度降低而增高；

加入如酒精、檸檬汁、奶或皂液等溶液會減低水的表面張力。

該項目獲得第30屆全國青少年科技創新大賽小學組物質科學一等獎。

專家評語

該項目選題來源于自然，通過幾個小實驗研究探討了不同液體間的表面張力差異。實驗設計簡單合理，資料分析整理正確，結論可靠，符合小學生的認知水平。endprint