液体表面张力的测定

液体表面张力的测定

摘要

表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一，是物理学和物理化学中重要的研究对象 是重要的液体物理性质。在实际生产中，液体的表面张力对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。常见的液体表面张力的测定方法包括毛细管上升法、Wilhelmy 盘法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法,拉脱法等，这些不同原理的测定液体表面张力的方法各有优缺点，本文将着重以最大气泡压力法和拉脱法建立模型测定液体的表面张力。表面张力的测量方法可以分为静态法和动态法，最大气泡压力法和拉脱法都是动态测定表面张力的方法，拉脱法模型是物理学中常用的一种简便方法，操作简单易行但误差较大，最大气泡压力法模型所测量涉及的也是对象的静止表面，其本质仍属于平衡方法，不过在临界点时发生的表面扩张是动态的，相对而言，最大气泡压力法模型更能准确的反映液体的表面张力。

在拉脱法模型中，我们需要解决的问题相对简单，在实验中，由于U 形丝不仅本身体较小重量轻，而且在拉脱过程中U 形丝的重力和浮力总是方向相反，大小相等而互相抵消，于是，在缓慢的拉脱U 形丝刚好是水膜破裂的瞬间，焦利氏秤所受的拉力可以粗略的认为是液体表面张力的2倍，而表面张力力和该液体的表面张力系数以及U 形丝的长度成正比，整个实验中需要的数据是有一个力，但力并不能直接测出，需要先用已知重量的砝码标定焦利氏秤的的K 值，然后再进行测量，将力转化为长度。这个模型的特点是数据简单，操作简便，很易得到结果。在16.0℃下通过该模型得到的乙醇液体的表面张力为10800.0-?m N 。

在最大气泡压力法模型中，由于液面的附加压力和表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，我们需要解决的问题是如何测量气泡的曲率半径和液面的附加压力，我们假设毛细管的末端与液面完全相平，可以认为气泡的曲率半径和毛细管的直径相等，而附加压力则可以由压力计直接测得。通过标定已知表面张力的蒸馏水，我们可以得到仪器常数K ，由24．5℃水的表面张力1210205.7--??m N 计算得到仪器常数K =221085.1--??m N ，然后计算得到表面张力为11.47~5.66-?m N 。

关键字：表面张力测定 最大气泡压力法 拉脱法 附加压力 拉脱力

目录

第一部分问题重述 (3)

第二部分问题分析 (3)

第三部分模型的假设 (4)

第四部分定义与符号说明 (4)

第五部分模型的建立与求解 (5)

第六部分对模型的评价………………………………………………………() 第七部分参考文献…………………………………………………………()

一问题重述

表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一，是物理学和物理化学中重要的研究对象是重要的液体物理性质。在实际生产中，液体的表面张力对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。两个不同的模型都是要对液体的表面张力进行测量，在拉脱法中，我们面对的问题是如何准确的量出拉托瞬间的作用力大小，以及如何量化这个作用力。而在最大气泡压力法中，我们需要解决的问题是如何得到附加压力和曲率半径。

二问题分析

1对于用拉脱法测定液体的表面张力时，我们假想在液体的表面平行于

液体表面存在一条线段，由于液体分子间的相互作用，使液体表面层形成了一张紧膜。在这条假想的线段垂直于该线段平行于液面上，存在着两个方向相反，大小相等的作用力。这两个力时该将向线段保持受力平衡。如图：

如果f和f’的大小只与液体的本身性质有关，那么在同一种液体表面的不同长度的假想线段的两侧的f和f’应该相同，但是这与事实明显不符，所以表面张力应该用一个只与液体本身性质有关的量来表示，也就是表面张力系数，即为单位长度上的表面张力，单位是牛每米。当我们把这条假想的线段垂直提起时，向上的拉力和f及f’的合力相等，在拉脱的瞬间，表面张力F=2f。

拉脱法的总体思路即：先用已知质量的物体标定焦利氏秤，记录弹簧的伸长量，通过胡克定律求出该焦利氏秤的弹性系数，再缓慢的将U形丝从液体表面垂直拉出，记录拉脱时的弹簧伸长量，从而得到F，再求出f，并且测出U形丝的长度，此处用U形丝代替那条假想的线段，然后就可求出单位长度上的表面张力大小，即某种特定液体在某一温度下的表面张力系数。

2对于用最大气泡压力法测量表面张力系数的方法，由于表面张力的作

用，浸入液面的毛细管中会有一段高于外液面的液柱，当外界气压大于试管内气压时，插入液体深度为H 的毛细管末端形成气泡，如下图所示，由于凹液面存在，因而所形成的气泡内外压力不等，即产生所谓的曲液面附加压力。此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率成反比

式中，Δp 为附加压力；σ为表面张力；R 为气泡的曲率半径。

如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R 和毛细管半径r 相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。

所以，最大气泡压力法的总体思路是：尽可能的使毛细管末端与也面相平的条件下，测出附加压强，从而得到表面张力系数。

三 模型假设

1.液体的表面张力系数在这两个实验期间，不受温度变化的影响，其浓度（纯度）也不改变。

2.外界大气压在实验期间对结果没有影响。

3．当用拉脱法测表面张力系数时，拉脱瞬间的拉力与2倍的表面张力完全在一条垂直于水平线的直线上。

4．拉脱时拉起的速度无限接近于0。

5.最大气泡压力法测定表面张力系数时，毛细管的末端刚好与液面相平。

四 定义与符号说明

表面张力系数α/γ(1-?m N )

表面张力f(N)

各力平衡的条件为：

F =mg +f (1)

式中，F 是所施外力，mg 为薄片和它所附的液体的总重力，f 为表面张

力。

实验中用如图二所示的“ ”形金属丝框代替金属薄片，由于表面张力与接触面的周长成正比，故有

)(2d l f +=α (2) 图一 图二式中，比例系数α称为表面张力系数，其值等于作用在液体表面单位长度的力，将(4-20)代入(4-19)式中，可得：

)

(2d l m g F +-=α (3)

式中，l 为“ ”形框的长度，d 为金属丝得直径。

由于l >>d ，所以上式可简化为：

l

mg F 2-=α (4) 当在弹簧下端的砝码盘内加入砝码时，弹簧受力而伸长。由胡克定律知，在弹性限度内对弹簧所施外力F 与弹簧伸长量x ?，就可算出作用于弹簧上的外力。

当把“ ”形框挂在焦利秤的弹簧秤下端时，弹簧所受拉力为mg 。当把“ ”形框浸入水中再缓缓拉起时，由于表面张力的作用，一部分液体被“ ”形框带起形成液体膜，当所施加外力大于f 时，被带起的液膜破裂，“ ”形框脱出液面。再液体膜破裂的瞬间弹簧所受为F =mg +f (略去水膜自重)。此时弹簧所受的表面张力为f ＝F －mg 。这一很小的作用力使弹簧发生形变x '?，则x k f '?=。 本次实验的数据记录

测弹簧的倔强系数k 的数据表格

g ＝9.794m/s 2； 1-m N 258.0?=?=L

k

表面张力系数1-m N 0800.02?==l

α

)13(3)(312

--=∑=?i i i L d d S cm 301.0=?L σ22

L L L S u ???+=σm 31027-?==M

M u σ22??

? ???+??? ??=?L u M u K u L M K cm 301.0=?X σ， )13(3)(412

-?-?=∑=?i i i x x x S ，

)16(6)(612--=

∑=i l l l S )N /m (002.022

22=??? ???+??? ??+??? ???=??X u L u K u u X L K m N /002.0080.0±=α

第二部分：最大气泡压力法测表面张力系数的模型

1 该模型的一般数学表达式为

其中k 值可根据实验，通过测定一已知表面张力的物质来确定。

参考文献：《物理化学实验研究方法》 中南大学出版社 李元高 主编

液体的表面张力测定可以用该模型求解：

分析如下

附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为:

(4)

式中，Δp 为附加压力；σ为表面张力；R 为气泡的曲率半径。

本实验采用压气鼓泡法鼓泡，

在滴液漏斗中装入适量的水，通过对滴液漏斗旋塞的调节控制水流出滴液漏斗的速率来实现鼓泡。

如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据（4）式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。

根据（4）式，R=r时的最大附加压力为:

(5)

实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用上式进行计算。

对于同一毛细管，其为一常数，用k表示，则表面张力可按（6）计算：

（6）其中k值可根据实验，通过测定一已知表面张力的物质来确定。本实验选择的已知物质为水，则

六模型评价与推广

在众多的测定液体表面张力系数的方法中，我选择用拉脱法和最大气泡压力法建立两个模型，两个模型相对比，相比较，可以使大家对测定液体表面张力系数的方法有更深入的了解和认识，同时在比较中可以发现两个方法的优点与不足，拉脱法是所有测液体表面系数的方法中操作，数据处理，以及建立模型最简单的，它用简单的理论完成了任务，对于初学者来说十分有帮助，当然与此同时，该模型也有一定的缺憾，这个模型的误差是比较大的，大多数情况下只能定性的分析物质而非准确的测得结果。另一方面，最大气泡压力法测表面张力系数的方法也并不复杂，但是这个模型的理论基础要比前者更加复杂，这也使得最大气泡压力法模型相对而言更加准确，实验中也体现出了他更加严谨更加尊重科学事实的一方面。总体来说，最大气泡压力法模型是比拉脱法模型更加适用于实际生产和操作中的模型。虽然拉脱法模型并不完美，但也并非没有实用的地方，通过改进设备，比如焦利氏秤，可以显著地提高结果的准确性，而如果通过改进最大气泡压力法模型中的数据处理简化过程，其结果也将更加贴近真实值，更加准确。

七参考文献

1．李元高《物理化学实验研究方法》 201—203

2．贡雪东张常山王大言吴志清俞柏恒最大气泡法测溶液表面张力的改进《大学化学》 2004年10月 19卷5期

临床八年0903班

杨腾越

学号：2204090301

表面张力的测量方法

表面张力的测量方法 英才学院 1236305 张雍淋 6121810519 液体表面张力测量在化学、医药、生物工程等领域具有重要意义， 根据液体表面张力的大小可以确定表面活性并计算表面活性剂在溶液表面的吸附量；在合金液体体系中，借助于表面张力还可以评价金相组织及孕育效果等重要参数。目前，测量液体表面张力系数有毛细上升法、最大气泡压力法、液滴法等。 1. 毛细上升法 这个方法，研究的比较早，在理论和实际上都比较成熟。如图 1所示，干净的毛细管浸入液体内部时，如果液体间的分子力小于液体与管壁间的附着力，则液体表面呈凹形。此时表面张力产生的附加力为向上的拉力，并使毛细管内的液面上升, 直到液柱的重力与表面张 力相平衡。 图 1 212cos ()g r r gh πσθπρρ=- 1()2cos g ghr ρρσθ-=

其中：σ—液体的表面张力；r-毛细管的内径；θ-接触角； ρ 1ρ-液体和气体的密度；h-液柱的高度；g-当地的重力加速度。在 和 g 实际应用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液体完全润湿,可以近似的认为θ= 0。 毛细上升法是测定表面张力最准确的一种方法，国际上也一直用此方法测得的数据作为标准。应用此方法时，要注意选择管径均匀, 透明干净的毛细管，并对毛细管直径进行仔细的标定；毛细管要经过仔细彻底的清洗，毛细管浸入液体时要与液面垂直。 2.最大气泡压力法 如图 2 所示，向插入液体的毛细管轻轻的吹入惰性气体(如 N 2等)。如果选用的毛细管半径很小，在管口形成的气泡基本上是球形的。并且当气泡为半球时，球的半径最小等于毛细管半径 r ；在其前后曲率半径都比r大，如图2 所示。当气泡为半球时，泡内的压力最大，管内外最大压差可由差压计测量得到。 图2

液体表面张力系数的测定报告

.. . . .. 南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：液体表面张力系数的测定 学院：管理学院专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：基础实验大楼608 座位号： 实验时间：第三周星期天下午四点开始 学习参考． .. . .. .

液体表面张力系数的测定实验报告【实验目的】1．了解水的表面性 质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。2【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】 液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩．犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有： ???LF f α称为液体表面张力系数，单位：N/m。 将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F=mg+f。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f 为表面张力。实验中利用金属圆环，则： f=F-mg 【实验步骤】 1．安装好仪器，挂好弹簧．调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体．使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉．然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合．当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三 线对齐”)，读出游标0线对应刻度的数值L. 02．测母弹簧的倔强系数K：依次增加1.0g砝码．即将质量为1.0g，2.0g．3.0g，…，9.0g的砝码加在下盘内。调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1．L2，…，L9；再逐次减少1.0g砝码．调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数L9'，L8'，…．L0'，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即 ?L L-ii?L i241? (L-?L)?L i5?i5i?05g?K L?学习参考． .. . . .. 值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的mg)3．测(F一。把装有蒸馏水的烧杯置于焦S高度使三线对齐．记下此时游标0线指示读数0利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，金属圆环刚好脱直到平台稍微下降，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，的值，即为在S，算出△S=S—出液面为止，记下此时游标0线所指示的读数

实验报告-液体表面张力系数的测定

实验3-3 液体表面张力系数的测定 一、实验目的： 测量室温下水的表面张力系数。 二、实验原理： 液体表面张力的存在，液体表面具有收缩的趋势，在液体表面上作一条曲线，则曲线受两侧平衡的、并与液体表面相切的表面张力的作用。在线性近似下，表面张力的大小与曲线的长度成正比，表面张力的大小与曲线长度的比值即为液体的表面张力系数。根据这一规律，可以用液体表面张力系数测定液体的表面张力。 在实验中用一个金属圆环固定在传感器中，该环浸没于液体中，把圆环慢慢拉起，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。表面膜拉力的大小为 f=α△l=α(2πr1+2πr2)=π（D1+D2）α 在页面拉脱的瞬间，膜的拉力小时。拉力差为 f=π（D1+D2）α（1）并以数字式电压表输出显示为 f=(U1-U2)/B （2）由（1）、（2），我们可以得到水的表面张力系数为 α=(U1-U2)/[Bπ（D1+D2）] 因此，只要测量出(U1-U2)，B,D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α 三、实验器材： 液体表面张力系数测定仪、垂直调解台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。

四、实验步骤： （1）力敏传感器的定标（表3-3-1） 物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV （2）测量金属圆环的外径D1和内径D2。 （3）记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值U1和拉断时瞬间数字电压表的 读数U2。并用温度计测出水的温度。利用所测数据计算出α（表3-3-2）。 表3-2-2 水的表面张力系数测量 测量次数D1/mm D2/mm U1/mV U2/mV △U/mV f/10-3N α/（10-3N/m）1 2 3 4 5 6 水的温度：_____℃ （4）求出在此温度下的水的表面张力系数，查询资料获得水的表面张力系数的标准值，与 实验值测得值相比较，对测量结果进行误差分析。 五、数据记录 将所得实验数据填入《表3-3-1 力敏传感器定标》和《表3-3-2 水的表面张力系数测量》中。 表3-3-1 力敏传感器的定标 物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV 5.5 12.4 18.3 24.4 32.3 37.4 44.1

用焦利氏称测量液体表面张力系数

4＋ 总的来说，报告做得很整齐，在内容上应该更加用心改进。 实验报告 实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力 实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液 体表面张力的理解。 实验原理： 液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。 把金属丝AB 弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F （超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F '，则由 '2F mg F += 得 2 'mg F F -= （1） 表面张力F ’的大小与分界线的长度成正比。即 l F σ=' （2）

σ称为表面张力系数，单位是N/m 。表面张力系数与液体的性质，杂质和温度有关。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F '，应用焦利氏秤液膜即将破裂可以方便地测量表面张力F '。 实验器材：焦利氏秤，自来水，肥皂水，金属丝，金属圈，钢板尺。 实验内容: 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k ； 2、测量自来水的表面张力系数； 3、测量肥皂水的表面张力系数。 数据记录处理: 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 x/cm 2.87 3.38 3.86 4.36 4.88 5.42 5.93 6.48 7.00 7.53 8.06 （1）作图法： 1 2 3 4 5 m/g x/cm 我仔细看了一下图，有个疑问，在m=0g ，应该x=2.87cm ，但是从图例反应出的是m=0g ，x=0cm ，是不是x 坐标轴没有设置对？？ （2）由作图法,计算斜率得k1=0.957g/cm=0.937N/m

液体表面张力系数的测量1

实验报告 班级微电子101姓名贺鸿浩学号10105110 日期2011.10.24 室温26.2℃气压102.29kpa成绩教师 实验名称液体表面张力系数的测量 【实验目的】 1．了解液体表面性质 2．学习采用液体表面张力系数测定仪的使用方法 3．学习用拉脱法测表面张力系数的原理和方法 【实验仪器】 液体表面张力测定装置、砝码盘和砝码、圆环型吊片、卡尺、温度计 图1液体表面张力测定装置 【实验原理】 1. 拉脱法 测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。所需的拉力是由液体表面张力、环的内外径及液体材质、纯度等因素决定。 2. 吊环法和吊片法比较 （1）吊环法：使用金属细线制成吊环时，在液膜被拉破的瞬间接触角不接近于零，此时所测得的力是表面张力向下的分量，因而所得表面张力系数误差较大，必须用修正公式对测量结果进行修正。 （2）吊片法：虽然液膜被拉破的瞬间接触角趋近于零，但在具体测量时，由于吊片在拉脱

过程中容易发生倾斜,实验时吊片的长度上限为3—4cm ，而在测量力时，则希望力大 一点,有利于提高测量精确度。 （3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对不同直径吊环的多次试验，发现当 吊环直径等于或略大于 3.3cm 时,在液膜被拉破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm 左右。在保持接触角为零时，能得到一个 较大的待测力。 3. 实验原理 使用片状吊环，在液膜拉破前瞬间，考虑一级近似，认为液体的表面张力为： f = f 1 + f 2 = αл(D 1+ D 2) 这里α为表面张力系数，D 1、D 2分别为吊环的外径和内径。 片状吊环在液膜拉破前瞬间有： 此时传感器受到的拉力F 1和输出电压U 1成正比，有： U 1 = BF 1 片状吊环在液膜拉破后瞬间有： F 2 = mg 同样有 U 2 = BF 2 片状吊环在液膜拉破前后电压的变化值可表示为： U 1－ U 2 = △U = B · △F = B （F 1－ F 2）= B αл(D 1+ D 2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为：1212() U U B D D απ-=+ 这里U 1：液膜拉断前瞬间电压表的读数，U 2：膜拉断后瞬间电压表的读数 实验内容（用拉脱法测量水的表面张力）： 1．力敏传感器进行定标，用最小二乘法作直线拟合，求 出传感器灵敏度B 。 2．游标卡尺测量金属圆环的内、外直径。 3．金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将 液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面 是否平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝， 使吊片与待测液面平行。（注意 ：吊环中心、玻璃皿中心 最好与转轴重合。） 4．调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反 向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，出现“浸润” 现象，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 U1和液膜拉断后 一瞬间数字电压表读数值U2。（注意 ：液膜断裂应发生在转动的过程中，而不是开始转动 或转动结束时，因为此时振动较厉害，应多次重复测量。） 【实验步骤】 1.开机预热（15分钟） 2.将水盛入玻璃器皿内（1cm 左右），用双面胶与升降台面贴紧固定。 3.将砝码盘挂在力敏传感器的钩上 图2液膜的收缩

实验液体的表面张力测定(滴重法)

实验D-13 滴重法测定液体的表面张力 实验目的 用滴重法测量液体的表面张力，学会用校正因子表，迭代计算毛细管的半径。 实验原理 当液体在滴重计(滴重计市售商品名屈氏粘力管)口悬挂尚未下滴时： r ：若液体润湿毛细管时为外半径，若不润湿时应使用内半径。 σ: 液体的表面张力。 m ：液滴质量(一滴液体)。 g ；重力加速度，当采用厘米.克.秒制时为 981cm ／S 2 但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进行校正： m ’为滴下的每滴液体质量(用分析天平称量)。 f 称为哈金斯校正因子，它是r ／v 1/3 的函数；v 是每滴液体的体积；可由每滴液体的质 量除液体密度得到。在上式中r 和f 是未知数，可采用已知表面张力的液体（如蒸馏水）做实验，采用迭代法得到： 设每滴水质量为m ’，体积为v ；先用游标卡尺量出滴重计管端的外直径D ；可得半 径r 0；用r 0作初值；求得r 0/ v 1/3 ；查哈金斯校正因子表（插值法）得f 1；用水的表面 张力σ和f 1代入12'r f m g πσ=；求的第一次迭代结果r 1；再由r 1/ v 1/3 查表得f 2 ；再代 入： 22'r f m g πσ=求得第二次迭代值r 2，同法再由r 2/ v 1/3 代入查表求f 3 ，这样反复迭代 直至相邻两次迭代值的相对误差：┃（r i-1-r i ）/ r i ┃≤eps （eps 表示所需精度，如1‰）这时的r 就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。 求得半径r 后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ v 1/3查表得f ；由： 2'r f m g πσ= 就可求得样品的表面张力。 纯水的表面张力见最大泡压法实验；水和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。 仪器与药品 屈氏粘力管一根。测液体比重用比重瓶一个。游标卡尺一根（公用）。50ml 和100ml 烧杯各一个。酒精，表面活性剂溶液（每组一个，实验室编好号）。 实验步骤 1.用游标卡尺测量滴重计的外半径。测量酒精从上刻度到下刻度滴下液滴的总质量W 和滴数

液体表面张力测定实验

[实验目的] 1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数 2．学习力敏传感器的定标方法 [实验原理] 测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即 F=α·π(D1十D2 ) （1） 式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数． 硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即 △U=KF （2） 式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。 [实验装置] 图1-1为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正

确。 [实验内容] 一、必做部分 1、力敏传感器的定标 每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：打开仪器地电源开关，将仪器预热。（2）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。（3）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值U.(4)用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K. 2、环的测量与清洁 （1）用游标卡尺测量金属圆环的外径D1和内径D2 （关于游标卡尺的使用方法请阅实验1） （2）环的表面状况与测量结果有很大的关系，实验前应将金属环状吊片在NaOH溶液中浸泡20－30秒，然后用净水洗净。 3、液体的表面张力系数 （1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。 （2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体，

液体表面张力系数的测量

液体表面力系数的测定 表面力是液体表面的重要特性，它类似于固体部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层，是液体表面层分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面力。作用于液面单位长度上的表面力，称为液体的表面力系数，测定液体表面力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。本实验采用拉脱法测定表面力系数。实验目的： 1、了解液体表面性质。 2、熟悉用拉脱法测定表面力系数的方法。 3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。 实验仪器： 焦利弹簧秤，被测液体，游标卡尺，矩形金属框，烧杯，砝码及托盘等 实验原理： 1、面力的由来 假设液体表面附近分子的密度和部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段，如图（2）所示，设想部某个分子A欲向表面迁徙，它必须排开分子1、2，并克

服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力 用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要有大小为Ed的 激活能才能越过势垒，跑到表面去。然而表面某个分子B要想挤向部，它只需排 开分子1'、'和克服两侧分子3'、4'的吸引力即可，后面没有分子拉它。所以它所处 I 的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能Ed就可越过势垒，潜入液体部。这样一来，由于表面分子向扩散比部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力加大了，这就是图（3）右边所示的情况。此时分子B需克服分子3'、'对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到Ed变得和E d 一样时，外扩散达到平衡。所以在平衡状态下液体表面层的分子略为稀疏，分子间距比平衡位置稍大，在它们之间存在切向的吸引力。这便是表面力的由来。 在刚才的讨论中未考虑液面外是否有气体。如果有，则分子B背后有气 体的分子拉它，这显然会使上述差距减小，从而减小表面力。事实也确实如此。

液体表面张力系数的测定报告记录模板

液体表面张力系数的测定报告记录模板

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液体表面张力系数的测定实验报告模板 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少，表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零。这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。 表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有： f = αL （1） 比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。 将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F = mg + f （2） 式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量； f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本实验用金属圆环代替金属片，则有 α= F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。

用焦利氏称测量液体表面张力系数

系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力 实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表 面张力的理解。 实验原理： 液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。 把金属丝AB 弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F （超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F '，则由 '2F mg F += 得 2 'mg F F -= （1） 表面张力F ’的大小与分界线的长度成正比。即 l F σ=' （2）

系级姓名日期No. 评分： σ称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质，杂质和温度有关。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F'，应用焦利氏秤液膜即将破裂可以方便地测量表面张力F'。 实验器材：焦利氏秤，自来水，肥皂水，金属丝，金属圈，钢板尺。 实验内容: 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k； 2、测量自来水的表面张力系数； 3、测量肥皂水的表面张力系数。 数据记录处理: 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 x/cm 2.87 3.38 3.86 4.36 4.88 5.42 5.93 6.48 7.00 7.53 8.06 （1）作图法：

实验17液体表面张力的测定dyl一

. . 物理化学实验备课材料 实验17 液体表面力的测定 一、基本介绍 液体的表面力是指液体与它的蒸气成平衡时体系的界面力。液体表面力常常是在空气中测定的。当气相是一个处于低压或中压的惰性气体时，一般液体表面力值与气相的组成几乎无关。液体的表面力，源于液体相界面分子受力不平衡，意为相表面的单位长度收缩力，用“σ"表示，其单位是焦耳/平方米(J·m-2)或牛/米(N·m-1).液体表面力的测定，不仅可以加深对表面力这一物系热力学性质的认识，而且可以研究表面活性剂的表面活性、分子的横截面积、分子长度等。 二、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面力的原理，了解影响表面力测定的因素。 2、测定不同浓度正丁醇溶液的表面力，计算吸附量, 由表面力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 三、实验原理 1、溶液中的表面吸附 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA 成正比： －W′＝σ·ΔA (1) 如果ΔA为1m2，则－W′＝σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面力，其单位是N·m-1。在定温下纯液体的表面力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面力时，表面层中溶质的浓度比溶液部大；反之，溶质使溶剂的表面力升高时，它在表面层中的浓度比在部的浓度低，这种表面浓度与部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸

液体表面张力系数的测量

液体表面张力系数的测定 表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数，测定液体表面张力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。本实验采用拉脱法测定表面张力系数。 实验目的： 1、了解液体表面性质。 2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。 3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。 实验仪器： 焦利弹簧秤，被测液体，游标卡尺，矩形金属框，烧杯，砝码及托盘等 实验原理： 1、面张力的由来 假设液体表面附近分子的密度和内部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段，如图（2）所示，设想内部某个分子A欲向表面迁徙，

它必须排开分子1、2，并克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。 用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要有大小为d E 的激活能才能越过势垒，跑到表面去。然而表面某个分子B 要想挤向 内部，它只需排开分子' ' 21、 和克服两侧分子' ' 43、的吸引力即可，后面没有分子拉它。所以它所处的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能 ' d E 就可越过势垒，潜入液体内部。这样一来，由于表面分子向内 扩散比内部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力 加大了，这就是图(3)右边所示的情况。此时分子B 需克服分子' ' 43、 对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到 ' d E 变得和d E 一样时，内外 扩散达到平衡。所以在平衡状态下液体表面层内的分子略为稀疏，分子间距比平衡位置稍大，在它们之间存在切向的吸引力。这便是表面张力的由来。

用拉脱法测定液体的表面张力系数实验

实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被 周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解737FB 新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法； 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。 3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 1．测量公式推导： 当逐渐拉提冂形铝片框时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力f 均垂直向下。设拉起液膜将破裂时的拉力为F ，则有 f 2 g )m m (F 0+?+= （1） 式中：m 为粘附在框上的液膜质量，0m 为线框质量。因表面张力的大小与接触面周界长度成正比，则有： )d L (2f 2+?α= （2） 比例系数α称表面张力系数，单位为m /N 。 由（1），（2）式得： ) d L (2g )m m (F 0+?+-= α （3） 由于冂形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m 较小，可以将其忽略，且一般有d L >>，那么L d L ≈+，于是（3）式可以简化为 ： L 2g m F 0?-= α （4）

液体表面张力系数的测定报告

南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：液体表面张力系数的测定 学院：管理学院专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：基础实验大楼608 座位号： 实验时间：第三周星期天下午四点开始

液体表面张力系数的测定实验报告 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】 液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩．犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有： =α F? L f α称为液体表面张力系数，单位：N/m。 将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F=mg+f。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f为表面张力。实验中利用金属圆环，则： f=F-mg 【实验步骤】 1．安装好仪器，挂好弹簧．调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体．使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调整小游标的高度使小游标左侧的

基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉．然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合．当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”)，读出游标0线对应刻度的数值L 0. 2．测母弹簧的倔强系数K ：依次增加1.0g 砝码．即将质量为1.0g ，2.0g ．3.0g ，…，9.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1．L2，…，L9；再逐次减少1.0g 砝码．调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数L9’，L8’，…．L0’，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即 2 L -i i i '= L L )-(5154 i i i L L L +=∑=? 3．测(F 一mg)值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的高度使三线对齐．记下此时游标0线指示读数S 0。把装有蒸馏水的烧杯置于焦利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属圆环刚好脱出液面为止，记下此时游标0线所指示的读数S ，算出△S=S —S 0的值，即为在表面张力作用下弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=f=K △S 代入可得: ） （21d d s k +?= πγ

液体表面张力系数的测定实验报告

液体表面张力系数的测定一 实验目的1 学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。2 深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数二 实验原理1 液体表面张力 由于液体分子之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。2 液体表面张力系数的测量原理 图1 如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻提起，则其附近液面呈现如图示的形状，则时，f 方向趋向垂直向下。在金属片脱0→?离液体前，受力平衡条件为（1）mg f F +=而（2）)(2d l f +=α则（3）)(2d l mg F +-=α若用金属环替代金属片，则（3）式变为

（4）)(21d d mg F +-=πα式中d1，d2为圆环的内外直径。若用补偿法消除mg 的影响，即mg F f -=则（4）式可写为（5）)(21d d f +=πα即为液体表面张力系数。三 实验仪器液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片四 实验内容及步骤1 仪器调整。调整仪器水平，刻度盘归零。 2调零。将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红线三线重合。 3 绘制质量标准曲线分别在小纸片上放100mg 、300 mg 、500 mg 、700 mg 、 1000 mg 的砝码，记下对应的刻度盘的示数。以所加砝码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标准曲线。 4 测量纯净水的表面张力系数调零。用玻璃杯盛大约2/3的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好浸过水面。左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。两手调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。记下刻度盘示数M’。为了消除随机误差，共测五次。 6 将M’在质量标准曲线上查得水作用在金属环上的表面张力，按式（5）计算出mg f =水的表面张力系数。五 数据记录及处理1 金属环的直径外径 ： 内径：mm d )001.0670.19(1±=mm d )001.0470.18(1±=定设备调试高中资料试

液体表面张力系数的测定doc.DOC

佛山科学技术学院实验室开放基金项目 研究报告 项目名称：液体表面张力系数的测定 申请者：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明所在学院：理学院 指导老师： 类别： ■自然科学类学术论文 ?哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 ?科技发明制作A □科技发明制作B

液体表面张力系数的测定 姓名：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明班级：10物理学（师范） 摘要： 关键词：液体表面张力 引言 有时候，我们会觉得很奇怪，为什么有的笑昆虫能在液体上自由自在的行走？为什么银针能在水面上浮着而不沉下去呢？为什么少量水银在干净的玻璃版上会收缩成球冠状，而水却会扩张开来？等等的这些原因，激起我们想要研究液体表面张力的动力。 【实验目的】 1.掌握用焦利秤测量微小力的原理和方法。 2.用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。 【实验仪器】 约利弹簧秤、砝码、烧杯、金属框、游标卡尺等。 【实验原理】 液体分子之间存在分子力，其有效作用半径约10-8cm。液体表面层内的分子所处的环境和液体内部分子不同。液体内部每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它受到周围分子的合力为零。但处于液体表面层内的分子，由于液体上方为气相，分子数很少，因而表面层内每个分子受到向上的引力比向下的引力少，合力不为零，即液体表面处于张力状态。表面分子有从液面挤入液体内部的倾向，使液面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等为止。因而，在没有外力作用时液滴总是呈球形，即是其表面积缩到最小。 表面张力的大小可以用表面张力系数来描述。 设在液面上作一厂为L的线段，此线段两侧的液体之间存在着互相牵引的力f，这种力的方向恒与线段垂直，大小与线段长度L成正比，即 F=ɑL (1) 其比例系数ɑ为液体表面张力系数，定义为作用在单位长度上的表面张力，单位为N/m。实验证明，表面张力系数ɑ的大小与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关，温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。

溶液表面张力的测定(精)

溶液表面张力的测定-最大气泡法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 一、实验目的及要求 1．掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 3. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 二、实验原理 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值 图1 分子间作用力示意图 ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为： 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决 定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的

利用滴重法测定液体表面张力

摘要 本文论述了用滴重法测定液体表面张力的基本原理、测定装置、测试步骤和该方法的应用特点。 Abstract: The basic principle, device and method for measuring liquid surface tension with the drop weight method are reviewed in this paper. Besides, the application features of this method are introduced. 关键词 液体表面张力 滴重法 Keywords Liquid surface tension; Drop weight method 前言 表面张力的知识对基础科学研究和生产应用都具有重要意义。它决定了很多工业生产的质量，例如：食品、农业化学制品、药品的生产和冶金[1]、炼钢等等。人们针对表面张力也做了大量的研究，很多发达国家将表面张力测定作为检测和控制环境污染的标准程序之一。 滴重法是一种较好的测定表面张力的方法，此方法操作简单，温度控制方便，试样尺寸小，再现性好，而且能够测量液-气界面和液-液界面的张力。在适当的条件下，滴重法的精度可以达到±m 。 测量原理 图1 滴重法示意图 如图1所示，对于液体从很细的管口中缓慢滴出的过程，液滴在表面张力的支撑下缓慢长大，当重量比表面张力稍大时，液滴就将落下来。设管口的半径为r ，落下的液滴质量为m ，其表面张力为σ，当重力加速度为g ，则可以得到： σr mg 2π= (1) 但实际过程并不是这么简单，当液滴落下时，首先式中部变细，大部分落下来，剩下的一部分变成小液滴，接着落下来。即使采用毛细管，应用公式(1)也会产生很大的误差，因此Harkins 就引入了校正因子f ，则更精确的表面张力可以表示为： rf mg σ2π= (2) 其中f 与液滴的大小V 和管口的半径r 有关，根据f 与3/1V r 的关系，可以从表中查得相应的修正系数[2]。

液体表面张力系数测定实验报告

液体表面张力系数的测量 【实验目的】 1、 掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感 器的灵敏度 2、 了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使 用方法，并用它测量纯水表面张力系数。 3、 观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并 用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识 4、 掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定 液体的表面张力系数。 5、 利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。 【实验原理】 一、拉脱法测量液体的表面张力系数 把金属片弯成如图 1（a ）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b ）所示，然后把它浸到待测液体中。当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一个最大值 F （当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为f L a = （L 为圆形液膜的周长），则有 2F mg L s =+ （2） 所以 2F mg L s -= （3）

圆形液膜的周长L 与金属圆环的平均周长,L 相当，若圆环的内、外直径分别为1,2D D 。则圆形液膜的周长 L ≈L ’=p （D 1+D 2）/2 （4） 将（4）式代入（3）式得() 12F mg D D s p -=- （5） 硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。即U K F D =D （6） 式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为 V/N ；ΔU 为传感器输出电压的大小。 二、毛细管升高法测液体的表面张力系数 1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管内上升一定高度。而当接触角大于 90°时，液体在管内就会下降。这种现象被称为毛细现象。 本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。如图 2 所示，f 为 表面张力，其方向沿着凹球面的切线方向，大小为 2 f r p s =，其中