表面效應(yīng)（應(yīng)用于人工降雨等領(lǐng)域的效應(yīng)）
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表面效應(yīng)
應(yīng)用于人工降雨等領(lǐng)域的效應(yīng)
表面效應(yīng)指隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會(huì)顯著地增加，顆粒表面原子數(shù)相對(duì)增多，從而使這些表面原子具有很高的活性且極不穩(wěn)定，致使顆粒表現(xiàn)出不一樣的特性，這就是表面效應(yīng)。英文翻譯：Surface Effect。
原理介紹
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會(huì)顯著增大，說(shuō)明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加。對(duì)直徑大于0.1微米的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計(jì)，當(dāng)尺寸小于0.1微米時(shí)，其表面原子百分?jǐn)?shù)激劇增長(zhǎng)，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100平方米，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽略。
隨著納米材料粒徑的減小，表面原子數(shù)迅速增加。例如當(dāng)粒徑為10nm時(shí)，表面原子數(shù)為完整晶粒原子總數(shù)的20%；而粒徑為1nm時(shí)，其表面原子百分?jǐn)?shù)增大到99%；此時(shí)組成該納米晶粒的所有約30個(gè)原子幾乎全部分布在表面。由于表面原子周圍缺少相鄰的原子：有許多懸空鍵，具有不飽和性，易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來(lái)，故表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性。隨著粒徑的減小，納米材料的表面積、表面能及表面結(jié)合能都迅速增大。
超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒（直徑為 2*10-3微米）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒(méi)有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
保存方式
超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識(shí)地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料。
凝聚態(tài)
大量的原子世界的分子、原子、離子聚集成各種固體、液體、氣體物質(zhì)，成為宏觀世界構(gòu)成的基礎(chǔ)．當(dāng)某種物質(zhì)形成了一個(gè)相時(shí)，一般說(shuō)來(lái)，這些物質(zhì)的各部分有均勻的物理化學(xué)性質(zhì)．然而，這只是對(duì)物質(zhì)內(nèi)部來(lái)說(shuō)是對(duì)的．在物質(zhì)表面的那些組元，所處的環(huán)境和所受的相互作用情況都和在物質(zhì)內(nèi)部的那些組元有所不同，這就造成表面部分和內(nèi)部部分的性質(zhì)有所不同．對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，組元之間并不密集，表面效應(yīng)不大．對(duì)于液體和固體，就會(huì)表現(xiàn)出 表面效應(yīng)．表面效應(yīng)表現(xiàn)在處于物質(zhì)表面的一層組元上，對(duì)于一般的宏觀物體，表面一層的組元在組元總數(shù)中只占很小的比例，表面效應(yīng)常常是完全可以忽略的．但是對(duì)于體積很小的凝聚態(tài)微粒，表面效應(yīng)有時(shí)就相當(dāng)重要，可以用處于表面的組元數(shù)和組元總數(shù)之比作為描述表面效應(yīng)程度的系數(shù)。當(dāng)微粒很大時(shí)，系數(shù)接近于零；當(dāng)微粒不斷減小時(shí)，系數(shù)不斷加大；當(dāng)微粒小到納米范圍時(shí)，系數(shù)明顯增大。
廣泛應(yīng)用
人工降雨
在一個(gè)由許多相組成的系統(tǒng)中，有時(shí)表面相的存在會(huì)變得十分重要，它會(huì)影響各個(gè)相之間的平衡條件．我們平時(shí)能夠遇到的與表面效應(yīng)有關(guān)的一個(gè)典型的例子就是水滴的形成。在飽和或過(guò)飽和蒸汽中的水滴，如果它的半徑足夠大，那么周圍的水蒸氣就會(huì)逐漸凝聚到這個(gè)水滴上，于是水滴也就逐漸地變大。若是水滴本來(lái)就很小，那么，由于表面效應(yīng)的影響，要想維持水滴的存在，外界就必須有很高的蒸汽壓，這樣，在一般的蒸汽壓條件下，水滴便不會(huì)增大，而會(huì)逐漸地蒸發(fā)掉．天空中飄著的云就是由許許多多這樣的微型水滴構(gòu)成的．在雨即將到來(lái)的前夕，外界的蒸汽壓力增高，這些微型水滴通過(guò)互相碰撞逐漸結(jié)合成越來(lái)越大的水滴，最后，當(dāng)空氣的浮力和運(yùn)動(dòng)的阻力再也承受不了它們的重量時(shí)，它們就向地面掉下來(lái)，成為了雨滴。由此也可以看出，如果在過(guò)飽和蒸汽中摻入一些雜質(zhì)顆粒如塵埃等，將有助于水滴的形成。如果天上已經(jīng)有了很厚的云，這時(shí)用飛機(jī)在云層中散布一些雜質(zhì)微粒就會(huì)加快雨滴的形成，從而達(dá)到降雨的目的，這就是人工降雨．
燒開(kāi)水
同樣，在我們平時(shí)燒開(kāi)水時(shí)用的自來(lái)水中含有許多氣體，它們以小氣泡的形式存在．當(dāng)水的溫度逐漸升高接近100攝氏度時(shí)，水蒸氣就會(huì)不斷地通過(guò)這些小氣泡的表面進(jìn)入到其內(nèi)部，使小氣泡逐漸加大，同時(shí)氣泡由于受到水的浮力而逐漸地上升，一直達(dá)到水面而破裂，并將其內(nèi)部的水蒸氣釋放到空氣中。當(dāng)這種氣泡大量地產(chǎn)生時(shí)，水就沸騰了。然而，如果小氣泡本來(lái)就非常非常小，由于表面相的存在，這個(gè)氣泡就很可能無(wú)法增大．當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，水即使被加到很熱的程度也不會(huì)沸騰，這就是過(guò)熱液體。
表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦
隨著核潛艇的出現(xiàn)，水面反潛艦艇的航速成了實(shí)施反潛作戰(zhàn)的一大障礙。為此美國(guó)海軍在80年代初開(kāi)始研制一種排水量在2000-3000噸的高速反潛護(hù)衛(wèi)艦，艦艇的編號(hào)定為3KSES。由于這種高速反潛護(hù)衛(wèi)艦按表面效應(yīng)理設(shè)計(jì)，所以被稱為“表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦”。這種護(hù)衛(wèi)艦實(shí)際上是一種側(cè)壁式氣墊船，靠氣墊使艦體浮出水面，用超空泡螺旋槳或噴水推進(jìn)裝置驅(qū)動(dòng)艦體，航速可達(dá)到80-100節(jié)。為了保證艦艇在高速航行時(shí)有良好的穩(wěn)性，在艦上裝有兩個(gè)鋼性側(cè)壁伸入水中。表面效應(yīng)型反潛護(hù)衛(wèi)艦具有遠(yuǎn)海高速航行的能力，可擔(dān)負(fù)大范圍的反潛任務(wù)。一些專家預(yù)測(cè)，表面效應(yīng)反潛護(hù)衛(wèi)艦和小水線面雙體型護(hù)衛(wèi)艦將成為21世紀(jì)的新型護(hù)衛(wèi)艦。
其他釋義
又稱“地面效應(yīng)”，當(dāng)運(yùn)動(dòng)的飛行器貼近地面或水面飛行時(shí)，氣流流過(guò)機(jī)翼后會(huì)向后下方流動(dòng)，這時(shí)地面或者水面將產(chǎn)生一股反作用力，當(dāng)它在距離水面等于或小于1/2翼展的高度上飛行時(shí)，整個(gè)機(jī)體的上下壓力差增大，升力會(huì)陡然增加，阻力減小，阻擋飛行器機(jī)翼下墜。
表面效應(yīng)相關(guān)的文章
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫！
作者
