３表面张力引起的附加压力

假设液体中有一半径为ｒ的球形气泡，

由于液体表面张力造成了指向内部的力ｐ

（图１１３）。若将球的体积增大ΔＶ，则必须

克服阻力ｐ而对它做功：ΔＷ＝ｐΔＶ。而

这一所做之功变为表面积增大后的表面自

由能增量：ΔＦ＝σΔＳ（ΔＳ为球体增大之表面积）

则ｒ１＝ｒ２＝ｒ。附加压力ｐ也称拉普拉斯压力。

如液面凸起 （不润湿），附加压力为正值，液面下凹 （润湿），附加压力为负值，如图

４所示。造型材料一般不被液态金属润湿，即θ＞９０°（θ为润湿角）。故液态金属在铸型

道内的表面是凸起的，如图１１５所示，此时产生指向内部的附加压力。

当使表面增加ΔＳ面积时，外界对系统所

做的功为ΔＷ＝σΔＳ。外界所做的功仅用于抵抗表面张力而使系统表面积增大所消耗的能量。

该功的大小等于系统自由能的增量，即

ΔＷ＝σΔＳ＝ΔＦσ＝ΔＦΔＳ（１１１）

由此可知，表面自由能即单位面积上的自由能。由于表面自由能可表达为力与位移的乘

积，因此，［σ］＝Ｊｍ２＝Ｎ·ｍｍ２ ＝Ｎｍ

这样，σ又可理解为物体表面单位长度上作用着的力，即表面张力。表面自由能与表面

张力在数值上是相同的，它们是从不同角度描述了同一现象。但在习惯上往往都采用表

面张力这个名词。

这种现象称为 “结构起伏”。在一定的温度下，虽然存在 “能量起伏”和

“结构起伏”现象，但对于特定液态金属，其处于有序状态的原子集团具有一定的统计平均

尺寸；并且其平均尺寸大小随温度的升高而减小。

③ 液态结构及离子间相互作用的理论描述　在液态结构定量计算上，也提出了许多理

图１６　液态结构及粒子间相互作用

论模型及方程 （图１６）。通过建立偶分布函数

ｇ（ｒ）与偶势ｕ（ｒ）（即 “原子对”间的相互作用

势能与原子空间距离ｒ的函数关系）的方程，或

在已知偶势ｕ（ｒ）的条件下，计算出某一液体的

偶分布函数ｇ（ｒ）。