液面表面张力的测量方法

① 表面张力的测定方法有哪些

一、 测定方法
液体表面张力的测定方法分静态法和动态法。
静态法，有毛细管上升法、DuNouy吊环法、Wilhelmy盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法；动态法有旋滴法、震荡射流法和悬滴法等。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液-液界面张力。Wilhelmy 盘法，最大气泡压力法，振荡射流法可以用来测定动态表面张力。
静态法测定表面张力

1、 滴重法
滴重法也叫做滴体积法，这种反分法比较精确而且简便。其基本原理是：自一毛细管滴头滴下液体时，液滴的大小与液体的表面张力有关，即表面张力越大，滴下的液滴也越大，二者存在关系式：
W=2πRγf (1)
γ=W/(2πRf} (2)
式中，W为液滴的重量；
R为毛细管的滴头半径，其值的大小由测量仪器决定；
f为校正系数。一般实验室中测定液滴体积更为方便，
因此式（2）又可写为：
γ=(Vρg/R)×(1/2πf) (3)
式中，V为液滴体积；ρ为液体的密度；f为校正因子。
对于特定的测量仪器和被测液体，R和ρ是固定的，在测量过程中，只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。

2、毛细管上升法
将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升,升到一定高度后，毛细管内外液体将达到平衡状态，液体就不再上升了。此时,液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的力相等。则
γ=1/2 ρl−ρg ghrcosθ (1)
式中γ为表面张力；r为毛细管的半径；h为毛细管中液面上升的高度；ρl为测量液体的密度;ρg为气体的密度(空气和蒸气；g为当地的重力加速度；θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小，而且θ=0时，则上式(1)可简化为
γ=12ρghr (2)

② 用拉脱法测量液体表面张力，测量水膜高度，写出两种方法

测定液体表面张力系数的常用方法有：拉脱法，液滴测重法和毛细管升高法等。拉脱法是一种直接测定法，通过物体的弹性形变（拉伸或扭转）来度量力的大小，如扭力天平法、焦力称法等。

实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数。通过实验可以重点学习如下内容：（1）实验方法：测量液体表面张力系数的拉脱法。（2）测量方法：用液体界面张力仪定标测量微小力的方法。（3）数据处理方法：质量标准曲线的绘制方法。（4）仪器调整使用方法：液体界面张力仪的调整使用方法。

③ 液体表面张力可否用拉脱法准确测出肥皂水的表面张力 根据实验现象和原理给出原因

可以，可用拉脱法，液滴测重法和毛细管升高法等。实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数。测量方法用液体界面张力仪定标测量微小力的方法。

液体跟气体接触的表面存在一个薄层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。

比如要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。

(3)液面表面张力的测量方法扩展阅读：

用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器。

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。

④ 液体表面张力的测定

液体表面张力系数的测定如下：

无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的多；水的表面张力0.0728N/m（20℃）；有机液体的表面张力都小于水；含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大；含F、Si的液体表面张力最小；分子量大表面张力大；

水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大；含有有机物，表面张力比水小。

由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3~1×10-2N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器。

利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解。

在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。

⑤ 最大泡压法测定溶液的表面张力

最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法，溶液的表面张力 σ是强度因子，是物质的重要特性之一，在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种，在科研和教学上常采用的有：毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。

其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便，且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ，因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。

实验步骤：

仪器准备与检漏

将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。

打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U形管测压及两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2~3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。

仪器常数的测量

打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。

表面张力随溶液浓度变化的测定

用移液管分别移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待测液，移入7个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的待测溶液。

然后由稀到浓依次移取一定量的待测溶液，按照步骤（2）所述，置于表面张力仪中测定某浓度下待测溶液的表面张力。随着待测液浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。

⑥ 如何测液体的表面张力

液体表面张力系数的测定

液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。

[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14-1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。

图14-1 液体表面张力测定装置

[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：打开仪器的电源开关，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，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，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。

△U＝U1-U2

（3）将实验数据代人公式（2）和（1），求出液体的表面张力系数，并与标准值进行比较。

二、选做部分

测出其他待测液体，如酒精、乙醚、丙酮等在不同浓泄劲时的表面张力系数

三、实验数据和记录

1、传感器灵敏度的测量

表14-1

砝码／g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000

电压／mV

经最小二乘法拟合得K=_______mV/N,拟合的线性相关系数r=__________

2、水的表面张力系数的测量

金属环外径D1=_________cm,内径D2=_______ cm, 水的温度：θ=________τ.

表14-2

编号
U­­1/mV
U2/mV
△U/mV
F/N
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面张力系数的标准值：

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

水的温度t/C
10
15
20
25
30