液面表面張力的測量方法

① 表面張力的測定方法有哪些

一、 測定方法
液體表面張力的測定方法分靜態法和動態法。
靜態法，有毛細管上升法、DuNouy吊環法、Wilhelmy盤法、旋滴法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法；動態法有旋滴法、震盪射流法和懸滴法等。其中毛細管上升法和最大氣泡壓力法不能用來測液-液界面張力。Wilhelmy 盤法，最大氣泡壓力法，振盪射流法可以用來測定動態表面張力。
靜態法測定表面張力

1、 滴重法
滴重法也叫做滴體積法，這種反分法比較精確而且簡便。其基本原理是：自一毛細管滴頭滴下液體時，液滴的大小與液體的表面張力有關，即表面張力越大，滴下的液滴也越大，二者存在關系式：
W=2πRγf (1)
γ=W/(2πRf} (2)
式中，W為液滴的重量；
R為毛細管的滴頭半徑，其值的大小由測量儀器決定；
f為校正系數。一般實驗室中測定液滴體積更為方便，
因此式（2）又可寫為：
γ=(Vρg/R)×(1/2πf) (3)
式中，V為液滴體積；ρ為液體的密度；f為校正因子。
對於特定的測量儀器和被測液體，R和ρ是固定的，在測量過程中，只要測出數滴液體的體積, 就可計算出該液體的表面張力。

2、毛細管上升法
將一支毛細管插入液體中，液體將沿毛細管上升,升到一定高度後，毛細管內外液體將達到平衡狀態，液體就不再上升了。此時,液面對液體所施加的向上的拉力與液體總向下的力相等。則
γ=1/2 ρl−ρg ghrcosθ (1)
式中γ為表面張力；r為毛細管的半徑；h為毛細管中液面上升的高度；ρl為測量液體的密度;ρg為氣體的密度(空氣和蒸氣；g為當地的重力加速度；θ為液體與管壁的接觸角。若毛細管管徑很小，而且θ=0時，則上式(1)可簡化為
γ=12ρghr (2)

② 用拉脫法測量液體表面張力，測量水膜高度，寫出兩種方法

測定液體表面張力系數的常用方法有：拉脫法，液滴測重法和毛細管升高法等。拉脫法是一種直接測定法，通過物體的彈性形變（拉伸或扭轉）來度量力的大小，如扭力天平法、焦力稱法等。

實驗中採用拉脫法測量水與空氣界面的表面張力系數。通過實驗可以重點學習如下內容：（1）實驗方法：測量液體表面張力系數的拉脫法。（2）測量方法：用液體界面張力儀定標測量微小力的方法。（3）數據處理方法：質量標准曲線的繪制方法。（4）儀器調整使用方法：液體界面張力儀的調整使用方法。

③ 液體表面張力可否用拉脫法准確測出肥皂水的表面張力 根據實驗現象和原理給出原因

可以，可用拉脫法，液滴測重法和毛細管升高法等。實驗中採用拉脫法測量水與空氣界面的表面張力系數。測量方法用液體界面張力儀定標測量微小力的方法。

液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。

比如要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。

(3)液面表面張力的測量方法擴展閱讀：

用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚．用拉脫法測量液體表面張力，對測量力的儀器要求較高，由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器。

硅壓阻式力敏感測器由彈性梁和貼在樑上的感測器晶元組成，其中晶元由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用於金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此。

④ 液體表面張力的測定

液體表面張力系數的測定如下：

無機液體的表面張力比有機液體的表面張力大的多；水的表面張力0.0728N/m（20℃）；有機液體的表面張力都小於水；含氮、氧等元素的有機液體的表面張力較大；含F、Si的液體表面張力最小；分子量大表面張力大；

水溶液：如果含有無機鹽，表面張力比水大；含有有機物，表面張力比水小。

由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3~1×10-2N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器。

利於計算機實時測量，為了能對各類液體的表面張力系數的不同有深刻的理解。

在對水進行測量以後，再對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從而對這個概念加深理解。

⑤ 最大泡壓法測定溶液的表面張力

最大泡壓法是一種測定溶液表面張力的方法，溶液的表面張力 σ是強度因子，是物質的重要特性之一，在一定的溫度和壓力下有一定的數值。測定表面張力的方法有多種，在科研和教學上常採用的有：毛細管上升法 、最大泡壓法 、滴重或滴體積法 、拉脫法等。

其中最大泡壓法測定溶液表面張力實驗裝置簡單、操作方便，且不需要測定接觸角 θ 和液體密度 ρ ，因而是大學物理化學實驗中的重要內容之一。

實驗步驟：

儀器准備與檢漏

將表面張力儀容器和毛細管洗凈、烘乾。在恆溫條件下將一定量蒸餾水注入表面張力儀中，調節液面，使毛細管口恰好與液面相切。

打開抽氣瓶活塞，使體系內的壓力降低，當U形管測壓及兩端液面出現一定高度差時，關閉抽氣瓶活塞，若2~3min內，壓差計的壓差不變，則說明體系不漏氣，可以進行實驗。

儀器常數的測量

打開抽氣瓶活塞，調節抽氣速度，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且每個氣泡形成的時間約為5~10s。當氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓差計顯示最大壓差時，記錄最大壓力差，連續讀取三次，取其平均值。

表面張力隨溶液濃度變化的測定

用移液管分別移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待測液，移入7個50mL的容量瓶，配製成一定濃度的待測溶液。

然後由稀到濃依次移取一定量的待測溶液，按照步驟（2）所述，置於表面張力儀中測定某濃度下待測溶液的表面張力。隨著待測液濃度的增加，測得的表面張力幾乎不再隨濃度發生變化。

⑥ 如何測液體的表面張力

液體表面張力系數的測定

液體的表面張力是表徵液體性質的一個重要參數．測量液體的表面張力系數有多種方法，拉脫法是測量液體表面張力系數常用的方法之一．該方法的特點是，用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚．用拉脫法測量液體表面張力，對測量力的儀器要求較高，由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器．近年來，新發展的硅壓阻式力敏感測器張力測定儀正好能滿足測量液體表面張力的需要，它比傳統的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩定性好，且可數字信號顯示，利於計算機實時測量，為了能對各類液體的表面張力系數的不同有深刻的理解，在對水進行測量以後，再對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從而對這個概念加深理解。

[實驗目的]

1．用拉脫法測量室溫下液體的表面張力系數

2．學習力敏感測器的定標方法

[實驗原理]

測量一個已知周長的金屬片從待測液體表面脫離時需要的力，求得該液體表面張力系數的實驗方法稱為拉脫法．若金屬片為環狀吊片時，考慮一級近似，可以認為脫離力為表面張力系數乘上脫離表面的周長，即

F=α·π(D1十D2 ) （1）

式中，F為脫離力，D1，D2分別為圓環的外徑和內徑，α為液體的表面張力系數．

硅壓阻式力敏感測器由彈性梁和貼在樑上的感測器晶元組成，其中晶元由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用於金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此，即

△U=KF （2）

式中，F為外力的大小，K為硅壓阻式力敏感測器的靈敏度，△U為感測器輸出電壓的大小。

[實驗裝置]

圖14-1為實驗裝置圖,其中,液體表面張力測定儀包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測量電橋失去平衡時輸出電壓大小的數字電壓表．其他裝置包括鐵架台,微調升降台,裝有力敏感測器的固定桿,盛液體的玻璃皿和圓環形吊片,實驗證明,當環的直徑在3cm附近而液體和金屬環接觸的接觸角近似為零時.運用公式(1)測量各種液體的表面張力系數的結果較為正確。

圖14-1 液體表面張力測定裝置

[實驗內容]

一、必做部分

1、 力敏感測器的定標

每個力敏感測器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，步驟如下：打開儀器的電源開關，將儀器預熱。（2）在感測器梁端頭小鉤中，掛上砝碼盤，調節電子組合儀上的補償電壓旋鈕，使數字電壓表顯示為零。（3）在砝碼盤上分別如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這些砝碼力F作用下，數字電壓表的讀數值U.(4)用最小二乘法作直線擬合,求出感測器靈敏度K.

2、 環的測量與清潔

（1）用游標卡尺測量金屬圓環的外徑D1和內徑D2 （關於游標卡尺的使用方法請閱實驗1）

（2）環的表面狀況與測量結果有很大的關系，實驗前應將金屬環狀吊片在NaOH溶液中浸泡20－30秒，然後用凈水洗凈。

3、液體的表面張力系數

（1）將金屬環狀吊片掛在感測器的小鉤上，調節升降台，將液體升至靠近環片的下沿，觀察環狀吊片下沿與待測液面是否平行，如果不平行，將金屬環狀片取下後，調節吊片上的細絲，使吊片與待測液面平行。

（2）調節容器下的升降台，使其漸漸上升，將環片的下沿部分全部浸沒於待測液體，然後反向調節升降台，使液面逐漸下降，這時，金屬環片和液面間形成一環形液膜，繼續下降液面，測出環形液膜即將拉斷前一瞬間數字電壓表讀數值U1和液膜拉斷後一瞬間數字電壓表讀數值U2。

△U＝U1-U2

（3）將實驗數據代人公式（2）和（1），求出液體的表面張力系數，並與標准值進行比較。

二、選做部分

測出其他待測液體，如酒精、乙醚、丙酮等在不同濃泄勁時的表面張力系數

三、實驗數據和記錄

1、感測器靈敏度的測量

表14-1

砝碼／g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000

電壓／mV

經最小二乘法擬合得K=_______mV/N,擬合的線性相關系數r=__________

2、水的表面張力系數的測量

金屬環外徑D1=_________cm,內徑D2=_______ cm, 水的溫度：θ=________τ.

表14-2

編號
U­­1/mV
U2/mV
△U/mV
F/N
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面張力系數的標准值：

A/N.m--1
0.074 22
0.073 22
0.072 75
0.071 97
0.071 18

水的溫度t/C
10
15
20
25
30