Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз,
определяемая работой обратимого изотермокинетического образования
единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура,
объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл —
энергетический (термодинамический) и силовой (механический).
Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное
натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении
при условии постоянства температуры. Силовое (механическое)
определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу
длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости[1].
Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности
жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и
пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности
γ
{\displaystyle \gamma }
—
сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом
поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более
правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на
разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный
физический смысл понятия поверхностного натяжения.
В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников (посмотреть статью: Журнал физической химии. 1983, № 10, с. 2528—2530), что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии
(хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к
шарообразным). Приведенные в этой журнальной статье формулы позволяют
для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного
натяжения жидкости по другим физико-химическим свойствам, например, по
теплоте парообразования или по внутренней энергии (подробнее о
физической природе поверхностного натяжения жидкости см.соотв. статью на викиучебнике или [2] , [3])
В 1985 году аналогичный взгляд на физическую природу поверхностного
натяжения, как части внутренней энергии, при решении другой физической
задачи был опубликован В. Вайскопфом (Victor Frederick Weisskopf) в США
(V.F.Weisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 19-20.;
V.F.Weisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 618—619.).
Поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких
и твёрдых тел. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел
на границе «жидкость — газ». В случае жидкой поверхности раздела
поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу,
действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить
поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.
В общем случае прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.