实验5用焦利氏秤测定液体的表面张力系数
实验五 用焦利氏秤测定液体的表面张力系数
【实验目的】
1．学习使用焦利秤，测量纯水和其它液体的表面张力系数；
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。
【实验仪器】
焦利秤，金属框及钢丝，砝码，游标卡尺，温度计，蒸发皿，酒精灯，蒸馏水等。
【实验原理】
液体表面层内的分子，由于受到不对称分子力的作用，力图进入液体内部，使液体自由表面犹如一张拉紧的弹性薄膜，都有收缩的趋势，因此液体表面内存在张力，称为表面张力。假设在液面上任画一条长为l 的线段，则张力f 就表现为线段两侧液膜之间相互作用的拉力，力的方向与所画的线段垂直，其大小与线段长l 成正比，即：
l f ?=α （11-1）
式(11-1)中,α称为液体的表面张力系数，表示单位长度直线两侧液面之间的拉力，其单位在SI 制中为1N m -?，在CGS 制中为1dyn cm -?。表面张力系数与温度有关，温度升高，α减小。实验证明α与温度的关系近似地为线性关系，即
βθααθ-=0 （11-2）
式(11-2)中,0α和θα分别为0℃和θ℃时的表面张力系数，β为表面张力系数的温度系数。
如果在金属框中间拉一条细金属丝ab ，如图11-1
所示，将框和细丝浸入待测液体中，然后再慢慢拉出液
面，则金属细丝带出—层液膜。设液膜将被拉断时向上
的拉力为F ，膜宽(即金属丝的长度)为l ，膜高为h ，
膜厚(即金属丝直径)为d 。被拉起的液膜有两个表面，
再考虑到这部分液体的重量之后，有
g ldh l W F ρα++=2 （11-3）
式(11-3)中,W 是金属框和金属丝所受的重力和浮力
差，ρ为液体密度，g 为重力加速度。不难看出，l
α2为表面张力，g ldh ρ为液膜的重量。由式(11-3)可得 图11-1 ()l
g ldh W F 2ρα--= （11-4） 【仪器介绍】
焦利秤如图11-2所示，是弹簧秤的一种。它的主要部分包括圆筒立柱A 和套在A 中的毫米刻度圆柱B 。在圆柱A 上端固定游标V ，B 上挂弹簧D ，转动旋钮E 可以升降B 和D ，在D 的下端挂有中间有刻度线的小镜G ，小镜穿过中间也有刻度线的玻璃管M 。小镜G 的下端可悬挂砝码盘或金属框。调节底座旋钮F 可使A 垂直于水平面。P 为载物平台，旋转螺旋H ，可使平台P 升降而不产生转动。普通弹簧秤的弹簧是上端固定，加
负载后下端伸长，读下端伸长后的位置。焦利秤则相反，它控制
弹簧下端的位置保持不变，即保持玻璃管M 上的刻线、该线在小
镜G 中的像及G 的刻线三线对齐，加负载后，旋转E 使B 上升，
进行从游标V 上读出弹簧的伸长值。V 的精度为0.1mm 。
设小镜G 下仅挂有砝码盘，旋转E 使上述三线重合，游标V 上
读数为'y ，则弹簧的伸长量为y y '-，根据胡克定律得
()y y k mg '-= （11-5）
式(11-5)中,k 为弹簧的倔强系数，单位为1N m -?。
焦利秤常附有几支k 值不同的弹簧，有塔形的，也有柱形的。
为了避免弹簧由于铅直悬挂因自重引起的弹性力与其总伸长值不
成正比(即为了确保弹簧的线性关系)，实验时选用塔形弹簧，并
根据所测力的最大值及测量精确度的要求而选用倔强系数恰当的
弹簧。
【实验内容】
1．测量弹簧的倔强系数
如图11-2所示，将选定的弹簧挂在焦利秤上，调节支架的底
座旋钮，使A 柱铅直，使弹簧下的小镜竖直穿过玻璃管M 的中心，
这时弹簧将与A 柱平行。
在砝码盘上加1.00g 砝码，转动E ，使玻璃管M 上刻线、刻线
的像及小镜G 的刻线三线重合(以后称调三线重合为调G 的零点)，
用游标读出标尺值。再加0.50g 砝码放在砝码盘中，调G 的零点，
用游标读出标尺值1y ；以后按0.50g 逐次增加砝码到砝码盘中， 图11-2 直到3.50g,逐次调G 的零点，用游标读出标尺相应值i y 。然后，按0.50g 逐次减少砝码
值到仍剩1.00g,读出对应的i y 值。将砝码盘中砝码数相同时测得的i y 值平均。求得0y 、1y 、……、i y 。最后用逐差法求得弹簧的倔强系数k 值。
2．测量（W F -）值
用酒精灯把金属框烧—下，去掉油污，再用蒸馏水清洗后，挂在小镜G 的挂钩上。在清洗干净的蒸发皿中盛适量的蒸馏水后置于平台P 上。将金属框及细丝浸于水中，调G 的零点。一只手慢慢调节E ，使弹簧向上伸长，另一只手慢慢转动H ，使蒸发皿下降，如图11-3(a)，在这过程中要求G 始终停在
零点处不动，直至水膜刚好被破裂为止，
如图11-3(b)用游标读出标尺值6
y '。 用吸水纸吸去金属框及金属丝上的水
珠，转动E （H 不动），使金属框缓缓下
降，直到G 回到零点，如图11-3（c ）,用
游标读出6y ，显然
()66
y y k W F -'=- 本过程要求反复测量五次。
1． 测量h 值
将焦利秤的弹簧取下，更换—根不发
生形变的金属杆，旋转E ，使G 为零，读 (a ) (b) (c) 出标尺7y 。旋转H ，使液面 图11-3
刚好与金属框上细丝接触，再旋转E ，使B 上升，直至水膜刚好被破坏为止，读出标尺
值7
y '，则 77
y y h -'= 本过程也要重复测量五次。
4．用游标卡尺测量金属丝的长度l 及直径d 、测量水的温度θ。
5．计算水的表面张力系数α及其不确定度。
6．用公式(11-4)计算实验温度下水的表面张力系数并与实测值进行比较。对于水-107549dyn cm .,α=?-1 o 014dyn cm C .β=?应当注意的是水的表面若有少许污染，其表面张力系数将有明显变化，因此，玻璃皿、金属框清洗干净后，在实验过程中不许用手触摸玻璃皿的内侧和金属框，也不要用手触及水面；拉起液膜后，操作要非常谨慎，不要触动实验桌，避免弹簧形成明显的颤动。
【思考题】
1．为使你测出的表面张力系数α能有三位有效数字，对所用弹簧的倔强系数应如何要求？
2．如果用焦利秤分别测F 和W ，实验应该如何进行？
3. 为何用摸过头发的手触摸金属框后再测表面张力
系数，结果就会偏小？
4．实验中测量膜高误差较大，是否可将螺旋测微装置
应用此处，请提出设计方案。
5．如右图所示，将一玻璃板压入水银中，试分析玻璃
所受的力，能否参照此图设计一个测量水银表面张力系数
的装置？
液体表面张力系数测定的实验报告
xx 大学实验报告 一【实验目的】 （1） 掌握力敏传感器的原理和方法 （2） 了解液体表面的性质，测定液体表面张力系数。 二【实验内容】 用力敏传感器测量液体表面的张力系数 三【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。 假如在液体中浸入一块薄钢片，则钢片表面附近的液面将高于其它处的,如图1所示。 由于液面收缩而产生的沿切线方向的力Ft 称之为表面张力，角φ称之为接触角。当缓缓拉出钢片时，接触角φ逐
渐的减小而趋于零，因此Ft方向垂直向下。在钢片脱离液体前诸力平衡的条件为 F = mg + F t （1）其中F是将薄钢片拉出液面的时所施加的外力，mg为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。表面张力Ft与接触面的周长2(l+d)成正比，故有Ft = 2σ(l+d),式中比例系数σ称之为表面张力系数，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。将Ft代入式（1）中得 （2） 当用环形丝代替薄钢片做此实验时，设环的内外直径为D1、D2,当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差 f = F–m g =π(D1+D2)σ,此时 （3）只要测出力f和环的内外直径，将它们代入式(3)，即可算出液体的表面张力系数σ。式中各量的单位统一为国际单位。 四【实验仪器】 （1）FD—NST—B 液体表面张力系数测定仪。 （2）砝码六个，每个质量 五【实验步骤】 （1）开机预热。 （2）清洗玻璃器皿和吊环。 （3）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。 （4）将砝码盘挂在力敏传感器上，对力敏传感器定标。 （5）挂上吊环，测定液体表面张力系数。当环下沿全部浸入液体内时，转动升降台的螺帽，使液面往下降。 记下吊环拉断液面瞬间时的电压表的读数U1，拉断后瞬间电压表的读数U2。则f=(U1-U2)/B 六【实验注意事项】 （1）轻轻挂上吊环，必须调节好水平。 （2）在旋转升降台时，尽量是液体的波动要小。
液体表面张力
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作用，其方向与L 垂直，大小与线段L 成正比。即有：=γL 比例系数γ称为液体表面张力，其单位为N/m. 将一表面洁净的长为L 、宽为d 的圆形金属环（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属环将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有：F=mg+,式中F 为把金属环拉出液面时所用的力；mg 为金属环和带起的水膜的总质量；f 为张力。此时，与接触面的周围边界π（）,则 有γ= ，式中D1,D2分别为圆环的内外直径。 实验表明，γ与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，γ值越小，液体含杂质越多，γ值越小，只要上述条件保持一定，则γ是一个常量，所以测量γ时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。 【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，使焦利称立柱竖直。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之间，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。 2.测量弹簧的劲度系数k.依次增加 1.0g 砝码，即将质量为1.0g,2.0g,3.0g,…,9.0g,10.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度，每次都 F f F f F f F f D D 2 1 +) mg -F 21D D +∏(
用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告
用拉脱法测定液体表面张力系数 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326FB 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行 定标的方法，计算该传感器的灵敏度。 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】 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一 层液膜。使液面收缩的表面张力f 沿液面的切线方向，角?称为湿润角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f 均垂直向下，设拉起液膜破 裂时的拉力为F ，则有 f g m m F 2)(0++= （1） 式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，0m 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 απ?+=)(2外内D D f （2） 比例系数α称为表面张力系数，单位是m N /。α在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。 ) ()(0外内D D g m m F ++-= πα （3） 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m 很小可以忽略，于是公式简化为：
实验四溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
实验四溶液的吸附作用和液体表面张力的测定 一、实验目的 1．用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质（正丁醇）溶液在一定温度下的表面张力； 2．应用Gibbs和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解； 3．掌握作图法的要点，提高作图水平。 二、基本原理 T一定，溶液表面吸附量Γ γ测定，毛细管半径r，其抛压出时受到向下压力∏r2P,最大时离开管口：P max =P 外 -P 系 。测 Pmax 气泡在管口受到的表面张力：2∏r*γ γ=rPmax 用同C溶液γ 1/γ 2 =P max1 /P max2 所以：γ1=（γ 2/P max2 ）P max1 =KP max1 求常数K。 对于单分子吸附，其吸附量Γ与浓度c之间的关系可用等温吸附方程表示，即： 式中Гm为饱和吸附量，a为吸附平衡常数。将此式两边取倒数可整理成线性方程： 在饱和吸附时，每个被吸附分子在表面上所占的面积，即分子的截面积S为： 三、仪器与试剂 表面张力仪1套；恒温槽1台；1ml移液管1个；烧杯(250ml) 1个；100ml容量瓶1个；50ml容量瓶5个； 正丁醇(二级.)；去离子水. 四、实验步骤 样品编号123456789容量瓶体积/cm31005050505050505050 V醇/cm3 3．仪器系数的测定。先用少量丙酮清洗毛细管3，再用蒸馏水仔细清洗样品管2和毛细管3，然后加入适量蒸馏水。在减压管1中装满水，压力计5中注入适量的水，在活塞8打开的情况下，调节活塞6使毛细管端面与液面相切。关闭活塞8，打开活塞7使体系减压，当毛细管口逸出气泡时，调节活塞7使液滴缓慢滴下，读出数字式微压差测量仪最大数值。 再更换样品重复测定两次，取平均值。已知25o C水的表面张力＝，计算仪器系数K。 4．乙醇溶液表面张力的测定。取3％的乙醇溶液（一号样品）洗净样品管和毛细管，然后加入适量溶液，待恒温后，按上述操作步骤测定Δh。
液体表面张力实验报告
液体表面张力实验报告 实验原理： 实验一、一元硬币上能承载几滴水? 水是由水分子组成，它们之间不是独来独往的，而是互相吸引，甚至三三两两地结合。处在中间的水分子受到来自四面八方的其他水分子的包围，受力均匀。可是处在水面的水分子情况不同，它的一面与空气接触，没有来自其他水分子的吸引力，使得它受力不均匀，水的表面好像一块张紧的弹性薄膜。 由于液体的表面有这种奇特的存在，就使得液体的表面总是处在被绷紧的状态，并尽量收缩到最小。由于在体积相同的条件下，球的面积最小，所以在表面张力的作用下，肥皂泡、小露珠、水银滴等也
就都收缩成球形了。一元硬币上能承载的水滴也相应增加了。 实验二、订书针、一分硬币能浮在水面上吗? 小木块入水后,撤掉压力还能上浮是因浮力作用，而订书针、硬币入水后,由于表面张力被破坏下沉,原来浮在水面是因水的表面张力。 其实科学就在我们的身边，就在我们的生活中，你也可以和爸爸妈妈一起动手做一做，亲自去感受去体验，做个科学小达人吧！ 处于表面的液体分子（球状模型，液体分子排列紧密），以分子B为中心的球面中的一部分在液体当中，另一部分在液面之外，由于对称性可知，CC'和DD'之间部分的受到的合力等于零；对B有效的作用力是由球面内DD'以下的部分受到的向下合力。由于处在边界内的每—个分子都受到指向液体内部的合力，所以这些分子都有向液体内部下降的趋势，同时分子与分子之间还有侧面的吸引力，即有尽量收缩表面的趋势。
以最简单的气液相界面为例，液相内分子周围所受的力是对称的，彼此相互抵消，但表面层分子由于受力不均衡，其结果受到垂直指向液体内部的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果要扩大表面就要把内层分子移到表面上来，这至少需要克服表面分子的拉力而做功。实际上液体分子内部所受的力是分子间作用力当然也包括氢键。因此，简单地说表面张力是范德华力和氢键微观作用在宏观上的表现。
表面张力系数测量实验报告
实验名称:表面张力系数的测定 实验目的:着重学习焦利氏秤独特的设计原理，并用它测量液体的表面张力系数。 实验原理: 当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，这种现象叫润湿。若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，叫不润湿。润湿与否取决于液体、固体的性质，润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁度密切相关。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5.2.1-1(a)所示的形状，并将其悬挂在灵敏的测力计上，然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时，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）。则F 应当是金属丝重力mg 与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F’，则由 '2F mg F += 得 2 'mg F F -= （1） 显然，表面张力F’是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于该分界线。表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即 l F σ=' （2） 式中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有关，密度小而易挥发的液体σ小，反之σ较大；表面张力系数还与杂质和温度有关，液体中掺入某些杂质可以增加σ，而掺入另一些杂质可能会减小σ；温度升高，表面张力系数σ将降低。
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：
液体表面张力实验报告
液体表面张力系数的测定 ［实验目的］ 1、了解液体表面张力性质以及表面张力系数的含义和影响因素. 2、理解拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理，了解测量方法。 3、了解用液体界面张力仪定标测量微小力的思想和方法。 4、了解液体界面张力仪的调节使用方法和校准方法。 5、熟悉实验的具体内容. 6、拟定出合理的实验数据记录表格. [实验原理] 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。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,用来度量表面张力的大小。表面张力系数不仅与液体的种类有关,而且还与温度、纯度、表面上方的气体成分等有关.物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关,如毛细现象、浸润现象等。因此，测量液体表面张力系数对于科学研究和实际应用都具有重要意义。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。 ［实验内容］ 1、整液体界面张力仪水平和零点，达到待测状态. 2、准液体界面张力仪。 (1)金属环上放一块小纸片,仪器调零。包括两个方面的调节：第一,调节刻度盘蜗轮，使零刻度线与游标零线重合,即读数为零;第二,调节调零微调蜗轮，使吊杆臂上的指针与平面反射镜的红线重合。 （2)在小纸片上放质量0.０005kg的砝码,测量金属环单位长度的受力Ｆ，即调节刻度盘蜗轮使指针与红线重合时刻度盘的读数. （3)计算理论值F０=ｍg/π(d１＋d2）。 （4)比较测量值Ｆ与理论值Ｆ0，如果二者相等，说明校准准确;若不相等，调节两个吊杆臂，保证两臂的长度等值缩短或伸长,使刻度盘上的读数Ｆ与理论值F0相等.重复测量几次,直至二者一致为止. 3、测量绘制质量标准曲线。 (1)仪器校准后，放置不同质量m的砝码,记录刻度盘的读数f。 (2)以m为横坐标f为纵坐标绘制质量标准曲线。
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）
表面张力的测定实验报告分析
浙江万里学院生物与环境学院 化学工程实验技术实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 （1）实验目的 1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术 2、通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解 3、学习使用Matlab 处理实验数据 （2） 实验原理 1、 表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面A ?，则需要对其做功。功的大小应与A ?成正比：-W=σA ? 2、 溶液的表面吸附：根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比 溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式 T c RT c )(??- =Γσ (1)当00，溶质能减少溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附，此类物质叫表面活性物质。（2）当0>??? ????T c σ时，Γ<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶 液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附，此类物质叫非表面活性物质。由 T c RT c )(??- =Γσ 可知：通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。 3、 饱和吸附与溶质分子的横截面积：吸附量Γ浓度c 之间的关系，有Langmuir 等温方程 式表示：c K c K ·1·+Γ=Γ ∞
水表面张力系数的测定实验报告
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 5 实验台号 实验时间 2008 年 12 月 03 日，第15周，星期 三 第 5-6 节 实验名称 水表面张力系数的测定 教师评语 实验目的与要求： （1） 理解表面张力现象。 （2） 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 主要仪器设备： FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。 实验原理和内容： 分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示 对液体表面张力的理解和解释： 在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。 计算张力时可以做如下的假设：想象在表面层上有一条长度为L 的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于L ，即f=αL（α为液体表面张力系数）。 实验中， 首先吊环是浸润在水中的， 能够受到表面张力的拉力作用。 测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f 拉。由于忽略水膜的重力和浮力， 成 绩 教师签字
吊环一共受到三个力，即重力W 、液面的拉力f 拉、传感器的弹力F F f W =+拉 试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的f 拉，就是表面张力f 。 圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内、外直径分别为D 1、D 2,则界限长度 L=πD 1+πD 2。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有 12F απ=（D +D ） 水膜被拉断前传感器受力F 1 112F απ=（D +D ）+W 在水膜拉断后传感器受力F 2 2F =W 由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为 ) (212 1D D F F +-= πα 步骤与操作方法： （1）力敏传感器的定标 i. 开机预热10分钟。 ii. 将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。得到U-G 关系， 完成传感器的 定标。 （2）水的表面张力及吊环内外径的测量 i. 测量吊环的内径D 1和外径D 2（各测量4次取平均）。 ii. 严格处理干净吊环。先用NaOH 溶液洗净，再用清水冲洗干净。 iii. 在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要， 细 微的水平位置偏差将导致结果出现误差）。 iv. 升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。观察环浸入液体中及从液体中 拉起时的物理过程和现象，记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V 1和拉断后的电压表读数V 2（该步骤重复8次）。
大学物理实验——表面张力系数
大学物理实验报告 题目：液体表面张力系数的测定 专业班次： 姓名： 日期：2014-10-14 一、实验名称 液体表面张力系数的测定 二、实验任务 (1)用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标 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)测量室温下水的表面张力系数。 三、实验仪器 液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、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、实验原理 1．硅压阻力敏传感器的灵敏度 当传感器的力臂发生形变时，硅力敏传感芯片就会把这一形变转变成电压值，有数字电压表显示出来。在弹性范围内，力臂的形变与挂钩所受的力成正比，而硅力敏传感芯片的输出电压与力臂的形变成正比；也就是说传感器的输出电压与挂钩上所受的力成正比，其比值称为传感器的灵敏度，即 F ??=?B U 2．实验的基本构思与原理 在实验中，将一个金属圆环固定在传感器上，该环浸没于液体中，当把圆环渐渐从液体中拉起时，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 ()()απππαα212122D D r r l f +=+=?= 式中D1、D ２分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数。在液面拉脱的瞬间，这个表面膜的拉力消失。因此，金属圆环拉脱瞬间前后传感器受到的拉力差为 ()απ21D D f += （1） 并以数字式电压表输出显示为 ()B U U f /21-= （2） 式中U1为吊环即将拉断液体柱前一瞬间数字电压表读数值，U2为拉断时瞬间数字电压表读数，B 为力敏传感器的灵敏度。由（1）（2），我们可以得到液体的表面张力系数为 ()()[]2121/U D D B U +-=πα （3）
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
表面张力实验报告(附数据及处理)
实验报告 实验题目：用焦利氏称测量液体表面张力系数 实验目的：学习焦利氏秤独特的设计原理，并用它测量液体的表面张力系数。 实验内容： 一、用作图法求弹簧的劲度系数 根据已测数据，横轴单位为g ，纵轴单位为cm ，描点，经过拟合后得一条 直线 cot (/)0.1cot (/)0.1*9.8 1.169N/m 0.83818 mg m k g g g cm g kg m x x k θθ= =?=?=?∴==Q 由图得: 二、逐差法求弹簧的劲度系数 m/g 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 x/cm 2.17 2.53 2.98 3.40 3.82 4.24 4.65 5.05 5.50 5.93 /m g ? 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 /x cm ? 2.07 2.12 2.07 2.10 2.11
由上表数据得： 550.6822222 ()() 3.500, 2.094cm,()=0.0103cm () 1.140.005251cm ()0.005773cm ()()()0.005251+0.0057730.005()0.00163 j j j j A x B A B m B m m m k x x x m g x x u x t u x C u x u x u x g u m C σ++-?==-??=?=??===?===?=?+=?===∑∑()()() ()()222222222 22 67g 2.5 1.1939g/cm=1.1700N/m 2.094()()()0.005251+0.0057730.0016672.094 2.50.00001433 0.0037860.004520g/cm=0.004430N/m k=(1.1700.004)N/m A B B m g k cm x U k u x u x u m k x m U k k U k ?===????+=+ ?????=+===∴± 三、自来水的表面张力系数 1）用金属圈测定 金属圈直径： 41 2.900 2.900 2.950 2.850 2.9000.0290044 i i d cm cm cm cm d cm m =+++====∑ 周长： 3.14159*0.029000.09111l d m π=== 膜破时金属圈上升的距离： 5 15 (2.44 1.50)(2.44 1.50)(2.52 1.50)(2.54 1.50)(2.52 1.50)5 0.00992i i x x x cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm m =?=-+-+-+-+-==∑（-） 表面张力： '22 F mg k x F l d δδπ-?===?????→水膜质量可忽略
液体表面张力系数测定物理实验
液体表面张力系数的测定 【实验目的】 1．学会用拉脱法测定液体的表面张力系数。 2．了解焦利氏秤的构造和使用方法。 3．通过实验加深对液体表面现象的认识。 【仪器与器材】 焦利氏秤1把，U 形金属丝1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml ，游标尺1把。 【原理与说明】 一、 实验原理 由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张力。如图3-1所示，设想在液体MN 上划出一条线s s ',s s '把MN 分成A 、B 两部分。由于A 、B 两部分之间的分子相互作用，在s s '两侧就形成表面张力f ,f 的方向与液体表面相切且垂直于s s '，f 的大小与s s '的长度l 成正比，用公式表示为 )13(-=l f α 式中，α为表面张力系数，即作用在s s '的每单位长度上的力。 表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，α值不同；同一种液体的α值随温度上升而减小；液体不纯净，α值也会改变。因此，在测定α值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。 测量表面张力系数α的方法很多，本实验用拉脱法测定。 将U 形金属丝浸入液体中，然后慢慢拉起，这时在金属丝内带起了一层薄膜，如图3-2所示。要想使金属丝由液面拉脱，必须用一定的力 F ，这个力的大小应等于金属丝所受液面的表面张力 f F 2= (注意有两个表面) l F α2= 图 3-1 图3-2
l F 2= α （3-2） 本实验用焦利氏秤测出F ，然后代入式（3-2）计算出α值。 二、 仪器构造 焦利氏秤实际上就是一个比较精确的弹簧秤，用焦利氏秤测力是根据虎克定律 x k F ?= （3-3） 式中，k 为弹簧的倔强系数，等于弹簧伸长单位长度的拉力, x ?为弹簧伸长量，如果已知k 值，再测定弹簧在外力作用下的伸长量x ?，就可以算出作用力F 的大小。 焦利氏秤的构造如图3-3所示，A 为垂直圆筒形支架，圆筒里有一可借助于旋钮D 升降的B 杆，升降高度可以由B 上的刻度和A 上的游标C 读出。弹簧E 悬在B 上的横梁N 上，E 的下端有一指 标镜M ，M 在固定于支架A 上的垂直玻璃管G 内。M 和G 上都刻有标线，H 为平台调节旋钮。 【实验步骤】 一、 k 值的测定 1．按图3-3挂好弹簧、指标镜和砝码盘，再调节三角底座上的螺丝，使指标镜处于玻璃管中，能上下自由振动且不与玻璃管相碰； 2．调节旋钮D ，使指标镜M 上的标线处于“三线重合”位置（先使G 标线在镜中的像与G 标线本身重合，再调节M 标线使之与前者重合），读出标尺上的读数 0x 。如弹簧振动不停，可将镊子靠在玻璃管上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动； 3．在砝码盘上加0.5g 的砝码，旋转D ，当M 的标线重新处于“三线重合” 位置时，读出读数X; 4．重复步骤2、3共3次，将所得数据记入表3-1中。 二、 F 的测定 1. 先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台上。用镊子夹 住金属丝在洒精灯上烧干，再挂在指标镜M 的挂钩上； 2. 调节旋钮D ，使M 的标线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数0x ； 3. 调节旋钮H ，让金属丝的水平部分和液面接触（水平部分如果和液面不平行，可用镊 子调整金属丝几次）； 4．观察M 的标线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮H ，直至标线处于“三线重合”位置； 图3-3
水表面张力的测定
物理实验报告 实验名称：液体表面张力系数的测定学院：水利科学与工程学院 专业班级：水工1801 学号：201802979 学生姓名：周柱伟
实验成绩 实验预习题成绩： 1.什么是液体的表面？ 接触的表面存在一个薄层 2.液体表面的分子具有什么特点(表面张力产生的原因)？ 液体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。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势3.液体表面张力系数是怎么定义的？ 表面张力系数σ是在温度T和压力p不变的情况下吉布斯自由能G对面积S的偏导数 4.液体表面张力系数与哪些因素有关？ 表面张力系数与液体性质，温度，液体所含杂质，相邻物质的化学性质有关5.简述拉脱法测量液体表面张力系数的原理(用矩形金属薄片或金 属环时，表面张力系数的具体表达式)。 测量一个已知周长的金属圆环或者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。 6.焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同？
焦利氏秤实际上是一个特殊结构的弹簧秤，是用来测量铅直方向微小力的仪器之一。 一般的弹簧秤，弹簧的上端固定不动，在弹簧下端挂重物时，弹簧则伸长，物体重量可由指针所指示的标尺直接标出。而焦利氏秤上的弹簧是挂在可以上下移动的有刻度的管子上的，管外面套有外管，外管上有游标，旋转旋钮即可使管上下移动。 7.“三线对齐”是那三线？为什么要这样做？ 指标镜上的刻线，玻璃管上的刻线和玻璃管上刻线在镜中的像 水的表面张力近似为液膜破裂瞬间的拉力,保持“三线对齐”是为了能够使水膜破裂瞬间近似“三线对齐”,从而得到水膜破裂时精确的拉力。使能准确测出该拉力大小减少实验误差 8.焦利氏秤测定液体的表面张力有什么优点？ 测定表面张力F’，用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的 F 的，应用焦利氏秤则克服了这一困难，可以方便地测量表面张力F’，并且焦利氏秤的劲度系数较小，有游标卡尺式的读数尺，故测量精度高。 9.千分尺是否存在系统误差如何判断？如何调零？ 千分尺使用前，使移动测砧与固定测砧接触，观察微分筒上的棱边是否与固 定套筒上的零刻线重合，如果不重合即存在系统误差。当套筒上零刻线位于微分筒0～5方向上时即为正值，计算时需要减去其绝对值，相反方向即为负值，需要加上其绝对值。 10.比较逐差法与图解法处理实验数据的不同点。 在对某些函数关系并不明确的物理量进行测量时,常用作图法.数据点是离散的,
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
(完整版)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0→?时，f 方向趋向垂直向下。在金属片脱离液体前，受力平衡条件为 mg f F +=（1） 而 )(2d l f +=α（2） 则 ) (2d l mg F +-= α（3） 若用金属环替代金属片，则（3）式变为
) (21d d mg F +-= πα（4） 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 ) (21d d f += πα（5） 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mg f =，按式（5）计算出水的表面张力系数。 五 数据记录及处理 1 金属环的直径 外径 ：mm d )001.0670.19(1±= 内径：mm d )001.0470.18(1±=
最大泡压法测溶液表面张力实验报告
最大泡压法测定溶液的表面张力 一、实验目的 1. 测定不同浓度乙醇溶液的表面张力，计算吸附量。 2. 了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子的截面积。 3. 掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和技术。 二、实验原理 在指定的温度下，纯液体的表面张力是一定的，一旦在液体中加入溶质形成溶液时情况就不同了，溶液的表面张力不仅与温度有关，而且也与溶质的种类、溶液浓度有关。这是由于溶液中部分溶质分子进入到溶液表面，使表面层分子组成发生了改变，分子间引力起了变化，因此表面张力也随着改变，根据实验结果，加入溶质以后在表面张力发生改变的同时还发生溶液表面层的浓度与内部浓度有所差别，有些溶液表面层浓度大于溶液内部浓度，有些恰恰相反，这种现象称为溶液的表面吸附作用。 按吉布斯吸附等温式： c d d RT dc d RT c ln 1σσ?-=?- =Γ (9-1) 式中： Г：代表溶质在单位面积表面层中的吸附量(mol ·m -2) c ：代表平衡时溶液浓度(mol ·m -3) R ：气体常数(8.314J ·mol -1·K -1) T ：吸附时的温度(K)。 从(9-1)式可看出，在一定温度时，溶液表面吸附量与平衡时溶液浓度c 和表面张力随浓度变化率成正比关系。 当T d dc σ?? ???＜0时，Г＞0，表示溶液表面张力随浓度增加而降低，则溶液表面发生正吸附，此时溶液表面层浓度大于溶液内部浓度。 当T d dc σ?? ???＞0时，Г＜0，表示溶液表面张力随浓度增加而增加，则溶液表面发生负吸附，此时溶液表面层浓度小于溶液内部浓度。
引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物质，被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列，决定于它在液层中的浓度。 如果吸附层是单分子层，随着表面活性物质的分子在界面上愈益紧密排列，则此界面的表面张力也就逐渐减小。如果在恒温下绘成曲线σ = f (c ) (表面张力等温线)，当c 增加时，σ在开始时显著下降，而后下降逐渐缓慢下来，以至σ的变化很小，这时σ的数值恒定为某一常数(见图9-1)。利用图解法进行计算十分方便，在σ-c 曲线上任意取一点a 作切线，即可得到该点所对应浓度c 的斜率 d dc σ（），代入式（9-1），可求得不同浓度时的吸附量。 图9-1 表面张力和浓度关系图 根据朗格谬尔(Langmuir)公式: 1kc kc ∞ Γ=Γ+ (9-2) Г∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г， 11c kc c k k ∞∞∞ +==+ΓΓΓΓ (9-3) 以c /Г对c 作图，得一直线，该直线的斜率为1/Г∞。 由所求得的Г∞代入式 S 0=1/Г∞L (9-4) 可求被吸附分子的横截面积S 0 (L 为阿佛加得罗常数)。 测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大泡压法和扭力天平法。本实验采用最大泡压法测定溶液的表面张力。其实验装置如图9-2所示。1为减压瓶，2为测定管，中间有一玻璃管３，其下端接有一段直径为０.２－０.５ｍｍ的毛细管。4为U 形压力计，内盛比重较小的水、酒精等作介质，以测定微压差。