表面能表面能（surface energy ）

Question

如题所述

Answer 1

在物理学中，我们讨论的是物质的表面特性，特别是表面张力σ。当在恒温恒压条件下，一个物体的表面积dA有意识地增大时，需要消耗一定的功σdA。这是因为这个过程导致物系的自由能增加，而这部分增加的能量源于表面积的扩大，因此我们称之为表面自由能或表面能。

表面能的产生可以这样解释：表面层的原子由于朝向外部的键能未得到补偿，使得表面的质点比体内的质点具有额外的势能。这种额外的能量变化体现在内能的改变上，单位面积的表面能数值与表面张力相同，但它们的物理意义不同。

表面能反映了在创造物质表面时，对分子间化学键进行破坏的程度。在固体物理学中，表面原子的能量高于内部原子，根据能量最低原理，原子自然倾向于向内部移动。而表面能的定义则可以视为材料表面相对于内部的能量差。分解固体材料时，需破坏内部化学键，这过程会消耗能量。如果这个过程是可逆的，那么分解所需的能量就等于新生成的表面增加的能量，即表面能的增加。然而，在现实中，只有在新形成的、未稳定化的表面上，这个能量守恒才成立。因为新表面易受环境影响，通过原子重组或吸附作用，表面能量会自然降低。

例如，物体表面长时间放置后，灰尘的附着就降低了物体的表面积，从而降低了表面能。这是因为物质倾向于降低能量以达到稳定状态，这也是为什么灰尘会附着在物体上的一种自然表现。