实验十二 表面张力的测定
表面张力的测定
吊片法的测量原理及方法
由于θ难于测准，一般先将吊片加 工成表面粗糙，并处理的非常洁净， 使吊片被液体湿润，接触角θ→0 cosθ→1如图所示，同时t和l相比 非常小,可忽略不计，则上式变为：
吊片受力分析示意图
由此式可将表面张力值的准确率提升1%
吊片法测量小结
优点： 它具有完全平衡的特点。这是常用的实验方法之一， 且简单，操作方便，不需要密度数据，直观可靠，不仅 可用于测定气液表面张力，也可用于测定液液界面张力。 精确度可达到0.11 mNm-1。
缺点： (1)要求是液体必须很好地湿润薄片，保持接触角零； (2)需要标准物质校正浮力； (3)测定容器需要足够大； (4)不适合高温高压和深颜色液体的测定； (5)清洁程序复杂； (6)测定时稳定慢，不适合及时测量 该法也可用于测定油/水界面张力，方法是在水层上加油，即用 油取代液体上面的空气，形成油/水界面，然后将吊片放到界面 以下再拉起。需要注意的是油层应足够厚，以保证在拉起液膜时 吊片边缘不露出油层
吊片法的测量原理及方法
Wihelmy 吊片法又称吊板法，如图所示，采用盖玻片、云母片、滤 纸或铝箔竖平板插入液体，使其底边与液面接触，测定吊片脱离液 体所需的表面张力相抗衡的最大张力F，也可将液面缓慢地上升至 刚好与吊片接触，由此可知：
其中，F为砝码的重量，G为吊片的重量，l为吊片的宽度，t为吊片 的厚度，θ为接触角。
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表面张力的测定 ——吊片法
组员：刘玲 刘晓彬 刘兴鹏
吊片法的测量原理及方法
在液体表面膜中，存在着使液体表面积缩小的力，称为表面张 力。表面张力永远和液体表面相切。液体分子间的力引起净吸 引力，而净吸引力引起表面张力。液体表面上的分子受到的净 吸力是作用于单位长度上的力。这一原理可直接用于表面 张力的测量。
物理实验技术中的表面张力测量方法与技巧
螺旋浮漂法是另一种常用的表面张力测量方法。具体步骤如下：
1.准备一定长度的细棒或细线，并将其一端固定在平台上，使其垂直于平台。
2.在细棒或细线上，依次系上一块小纸片，一枚针头和一枚螺旋状的浮漂。
3.将浸渍有测量液体的细棒或细线缓慢地拉出平台，直到浮漂开始浮起。
4.注意观察浮漂的上下运动，根据浮漂的运动方向判断表面张力的大小。
物理实验技术中的表面张力测量方法与技巧
引言：表面张力是指液体在其与气体界面上所呈现出来的作用力。在物理实验中，表面张力的测量是非常关键的，因为它涉及到液体的性质Байду номын сангаас相互作用力。本文将介绍一些常用的表面张力测量方法与技巧。
一、纸针法
纸针法是一种比较简单的测量表面张力的方法。具体步骤如下：
1.准备一片平整的玻璃板，并将其表面用软布擦拭干净，以保证测量的准确性。
3.在使用纸针法时，要注意避免纸针与液体交界处形成气泡，以保证测量的准确性。
4.在使用螺旋浮漂法时，要注意观察浮漂的运动方向，根据规律进行判断。
5.在使用凸轮法时，要确保实验装置的稳定性和准确性，避免其他因素对测量结果产生影响。
结论：表面张力测量在物理实验中具有重要的意义，它涉及到液体的性质以及与环境的相互作用。纸针法、螺旋浮漂法和凸轮法是三种常用的表面张力测量方法，每种方法都有其特点和适用情况。通过正确的操作技巧以及注意事项，可以有效地测量出液体的表面张力，为物理实验提供重要的数据支持。
4.当容器内的磁铁开始快速旋转时，自由悬挂的磁铁也会受到液体表面张力的作用，产生一定的位移。
5.利用传感器等仪器，记录自由悬挂磁铁的位移和时间，从而计算出液体的表面张力。
技巧与注意事项：
1.在进行表面张力测量前，要确保实验环境没有干扰因素，如风、震动等。
测定表面张力的实验操作指南
测定表面张力的实验操作指南实验目的：测定液体的表面张力。
实验原理：表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力。
在液体表面，由于表面分子的自由度受到限制，分子受到的内力为向内收缩的趋势。
这种现象可以用表面张力来描述。
表面张力的测定可以通过测量液体在一定温度下液体表面凹陷或凸起的高度来进行。
根据杨氏方程，可以通过测量液体的凹陷或凸起高度来计算表面张力的数值。
实验器材：1. 试管：用于盛放液体的容器。
2. 量筒：用于测量液体的体积。
3. 针管：用于形成液体在试管内的凹陷或凸起。
4. 温度计：用于测量液体的温度。
5. 数码显微镜：用于测量凹陷或凸起的高度。
实验步骤：1. 准备工作：a. 所有器材清洗：将试管、量筒、针管等器材用去离子水进行清洗，确保无杂质干净。
b. 温度调整：将待测液体放置在恒温水浴中，使得液体温度稳定在实验所需温度。
2. 实验操作：a. 预备操作：用量筒准确地量取一定量的待测液体，并注入试管中。
b. 形成凹陷或凸起：将针管浸入试管中，先将其中的空气排出，然后再将针管插入待测液体，形成凹陷或凸起。
c. 测量凹陷或凸起的高度：使用数码显微镜，对凹陷或凸起的液面进行测量，并记录读数。
d. 温度控制：在每次测量前后，使用温度计对待测液体的温度进行测量，确保温度稳定。
3. 数据处理与计算：a. 计算表面张力：根据液体的凹陷或凸起高度数据，利用杨氏方程以及已知数据（液体密度、重力加速度等）计算表面张力。
b. 数据统计：对多次实验测得的数据进行平均，并计算测量误差。
实验注意事项：1. 液体选择：为了减小实验误差，最好选择具有较大的表面张力的液体进行实验。
2. 温度控制：确保待测液体在实验过程中温度保持稳定。
3. 器材清洗：要保证使用的器材干净，以避免干扰实验结果。
4. 液面读数：使用数码显微镜时，注意对液面的读数精度和准确性。
实验结果分析：根据实验测得的表面张力数值，可以得到不同液体表面分子间相互作用力的大小。
实验十二 溶液中的吸附作用及表面张力的测定
溶液中的吸附作用及表面张力的测定中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过最大气泡压力法对不同浓度的正丁醇溶液的表张力进行测定，并由此计算溶液界面上的吸附量并由饱和时吸附量的值计算得到正丁醇的分子截面积。
关键词：最大气泡压力法，表面张力，正丁醇，表面吸附1前言对于液体而言，其界面和表面处的性质尤为重要，可以决定其很多用处，而对于这部分性质而言，表面张力是其中最重要的一个数值，例如表面活性剂和表面吸附都要以表面张力为基础。
对于表面张力的测定则由很多方法，例如液膜法和泡压法，本实验采用的泡压法是利用溶液中气泡在涨破瞬间的压力来计算得到表面张力数值的。
2实验部分2.1实验仪器及试剂HK-2A型超级恒温水浴DMP-2B型数字式微压差测量仪Perfluid Model BT50b 气泵恒温套管，毛细管，100mL容量瓶，2mL移液管正丁醇，蒸馏水，铬酸洗液2.2实验设计2.2.1吸附量的求得吸附量定义为溶液中表层与里层浓度之差，曾经有人用刮下表层液膜并测定其中溶质浓度的方法来计算吸附量，这种方法虽然来自于最原始的对于吸附量的定义，但是用刀片刮下表层液膜这一点上操作起来十分困难，而吉布斯则从热力学上对吸附量的数值进行了推导，得到了吸附量与其他各个热力学函数之间的关系式：Γ=−cRT (ðσðc)T(1)其中σ为溶液的表面张力，c为溶液浓度，T为温度，溶液浓度和温度都容易得到，故此时的任务便是求得(ðσðc )T项，为了求出偏导数的值，则至少要测量多组表面张力-浓度数据，而其中表面张力的测定便要用到最大气泡压力法。
2.2.2最大气泡压力法测定表面张力对于毛细管口处的一个气泡而言，它受到内外两个压力差的作用，同时还受到毛细管口一圈处表面张力的作用，在表面张力的作用下，气泡仍然停留在管口处不溢出，而当气压差达到一定大小的时候，表面张力无法再维持住气泡，则气泡此时会从管口溢出，在溢出时，两个作用力大小应该相等，可以得到关系式：2πrσ=ρg∆P (2)等式左侧为气泡受到的表面张力，其中r为毛细管管口半径，右侧则为压力差在气泡上的作用力，在测定的时候，∆P的数值可以从微压计上读出，但是毛细管半径和溶液密度的数值则不易得到，而在溶液密度变化不大的情况下，对于两个情况下的表面张力和压力差数值，可以近似得到：∆P1∆P2=σ1σ2(3)由上式可以得知，只要在某种已知表面张力的液体中进行一次测定，之后每一次便都可以通过压力差的数值得到表面张力的数值，定义K′=σ1∆P1为毛细管常数，则对于某一固定的毛细管而言，此常数为一定值，而某一情况下的表面张力则可以表达为σ=K′∆P (4)由此便可以计算得到任意情况下的表面张力数值。
中科大物理化学实验十二：溶液中的吸附作用和表面张力的测定
图2
5
6、连接橡皮管。
如毛细管的半径为 r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为r2P 最大，而
P 最大＝P 系统－P 大气压
hg
式中，h－数字式微压差测量仪上的读数 g－重力加速度
－压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为 2r。气泡自毛细管口逸出时，上述两种力
看作相等，即：
r 2 P最大 r 2hg
（5）
r hg
2
（6）
若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种溶液而言，则得：
1 h1 2 h2
1
2 h2
h1
K' h1
(7)
式中 K' 为毛细管常数。 用已知表面张力2 的液体为标准，从（7）式可求出其他液体的表面张力1。
线的斜率 B ( ( c )T )代入 Gibbs 吸附公式，可以求出不同浓度时气
－液界面上的吸附量。
在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由 Langmuir 等
温方程式表示：
K C
1 K C
(2)
图 1 正丁醇水溶液的表面
张力与浓度的关系图
为饱和吸附量，K 为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。
将（3）式化成直线方程，则
CC 1
(3)
表面张力的测定
(2-88)
最大附加压力由数字微压差计或 U 型管压差计读出。 用数字压力 计可以直接读出压差的值， Pa， 体系的导气管接数字微差计的负压口， 正压口与大气相通。若用数字微差计，压差则以Δ������������ 表示。 1 σ = ������Δ������ ������ 2
������ ������������ ������������
( ) ������ (2-87)
������������ ������������
������������
式中，Γ为表面吸附量，mol/������2 ；σ为表面张力，J m2 ；( ) ������ 为 在一定温度下表面张力随浓度的改变率，即 ( ) ������ < 0，Γ > 0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度
B Linear Fit of Sheet1 B
0.07
Pearson's r Adj. R-Square
B
0.06
B
0.05
0.04
0.03
0.02 200
300
400
500
600
700
800
A
折射率-浓度曲线：
W2 n������ 0.05 0.1 1.3359 1.3385 0.15 1.34 0.2 1.3455 0.25 1.349 0.3 1.35 0.4 1.356 0.5 1.3599
Residual Sum of Squares Pearson's r Adj. R-Square
0.07
0.06
B
0.05
0.04
0.03
0.02 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
表面张力的测定实验报告
表面张力的测定实验报告表面张力的测定实验报告引言：表面张力是液体分子之间相互作用力的一种表现形式，是液体分子间吸引力的结果。
表面张力的测定对于研究液体性质、液滴形成和液体表面现象具有重要意义。
本实验旨在通过测定不同液体的表面张力，探究液体分子间相互作用力的差异，并了解表面张力对液体特性的影响。
实验材料与仪器：1. 三种不同液体：水、酒精、甘油2. 试管3. 滴管4. 皮尺5. 密度计实验方法：1. 实验前将试管清洗干净，以避免杂质对实验结果的影响。
2. 分别取一定量的水、酒精和甘油，注入三个试管中。
3. 将试管放在水平桌面上，注意保持试管外壁干燥。
4. 使用滴管，逐渐向试管中滴加液体，直到液体溢出试管口为止。
记录滴加液体的滴数。
5. 重复上述步骤3-4，每种液体进行三次测定，取平均值。
实验结果与数据处理：根据实验方法得到的滴加液体的滴数，可以计算出液体的表面张力。
根据液体表面张力的公式，表面张力=密度×重力加速度×滴数/滴液体积，可以得到不同液体的表面张力值。
通过对实验数据的处理，可以得到以下结论：1. 水的表面张力最大，酒精次之，甘油的表面张力最小。
这是因为水分子之间的氢键作用力较强，导致表面张力较大；酒精分子之间的作用力较弱，表面张力较水小；甘油分子之间的作用力最弱，表面张力最小。
2. 表面张力与液体的分子间相互作用力有关。
分子间相互作用力越强，表面张力越大；相反，作用力越弱，表面张力越小。
3. 表面张力对液体的性质有一定影响。
表面张力大的液体，易形成液滴，不易湿润固体表面；表面张力小的液体，不易形成液滴，易湿润固体表面。
讨论与改进：本实验通过测定不同液体的表面张力，探究液体分子间相互作用力的差异，并了解表面张力对液体特性的影响。
然而，由于实验条件的限制，实验结果可能存在一定误差。
为提高实验的准确性和可靠性，可以进行以下改进：1. 增加实验重复次数，取平均值，减小误差。
2. 使用更精确的仪器，如精密滴管和数字密度计，提高测量的准确性。
物化实验——表面张力的测定
物理化学实验报告
实验名称：表面张力的测定
实验目的：掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。
实验步骤：
1、仪器常数的测定
(1)仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置。
(2)加人适量的重蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切。
(3)打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡每分钟20个左右。
读出最大压差值，读3次，取平均值。
2、待测样品表面张力的测定
配置0.02~0.8mo1·L(0.025,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.
40 ,0. b0 ,0. 80)的正丁醇溶液。
(正丁醇P二0. 8109)可先配制0. 80 mol/ L的溶液，其它的浓度用稀释的办法配制。
3、用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装
人待测样品，测定气泡缓慢逸出时的最大压差。
数据处理及讨论：
大气压：728.1mmHg
标准溶液
图形如下：
质量浓度为：
仪器常数K=σ/Δp=72.75×10-3/0.628×106=1.16×10-7
由浓度对σ作图得
由此得到多项式拟合方程：σ=0.0658-0.09283c+0.05926c²dσ/dc=0.11852c-0.08283
最后结果为：Γ=-c（dσ/dc）/RT=-4.78×10-5c²+3.34×10-5实验讨论：
教师评语及成绩：。
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在秤盘上加1.00g砝码，旋转E使弹簧上 升，至G的横线、横线的像及镜面标线三者 相重时为止(以下称三者相重合时C的位置为 零点)．用游标读出标尺之值L，以后每加 0.50 g砝码测一次L，直至加到3.50 g后再逐 次减下来．将数据按所加砝码的多少分成两 组，用分组求差法，求出劲度系数k之值．
质量 0.0g
1.说明为使你测出的表面张力能有三位有 效数字，对所用弹簧的劲度系数应有何要求? 2.说明慢慢向上拉金属丝的过程中，拉力F 变化的情况． 3.如果金属丝不清洁会给测量 带来什么 影响?所测值偏大还是偏小?为什么? 4.查一下资料，对此实验不用弹簧秤，还 有什么装置可用?
从式(29-2)可得
( F W ) ldh g 2l
本实验用约利秤测量(F-W)之值，用上式 计算表面张力之值。
实验内容 1．测量弹簧的劲度系数k 如图29—3所示将劲度系 数大约为0.2～0.3 N· m-1的弹 簧挂在约利秤上，调节支架的 底脚螺旋，使十字线G的竖直 线穿过平面镜支架上小圆孔的 中心，这时弹簧将与A柱平 行．
增重读数
减重读数
平均数
0.5g
1.0g 1.5g 2.0g 2.5g
3.0g
3.5g
2．测量(F一W)和h 将盛有纯水的玻璃皿放在平台上，使金 属框P浸入水中，调节平台上下位置，配合调 节E，使三线对齐，选定参考零点．继续用一 只手慢慢调节E使弹簧向上伸长，另一只手慢 慢旋转S使玻璃皿下降，在这个过程中要保持 G始终在零点处不动．当金属丝ab刚好达到 水面时，用游标卡尺记下旋钮S的位置s1．继 续转动E和S，直至水膜破裂为止，记下B柱 上的刻度值为L0和旋钮S的位置s2．
实验十二
表面张力的测定
目的 1．用拉脱法测量室温下水的表面张力； 2．学习约利秤的使用方法． 仪器和用具 约利秤、金属框、砝码、玻璃皿、温度 计、游标卡尺、蒸馏水．
原理
液体的表面有如张紧的弹性薄膜，都有 收缩的趋势，所以液滴总是趋于球形．如图 中的肥皂薄膜，如果从中心将膜刺破，由于 膜的收缩，线被拉成圆形． 这说明液体表面内存在一 种张力，存在于极薄的表 面层内，而且不是由于弹 性形变引起的，此力被称 为表面张力．
标尺零点读 数
水膜破裂 时读数
用吸水纸拭去金属框上的小水珠，转动E 使金属框缓缓下降，直至G回到零点，读出B 柱之值为L1，则有
F W k | L1 L0 |
测量中，对应s1和s2之差，就是水膜拉断 时的高度h，即 h | s2 s1 |量细丝ab的长度及直径d． 4-计算水的表面张力及标准不确定度．注明实 验时的水温．
注意事项 1.水的表面若有少许污染，其表面张力将有 明显的变化，因此，玻璃皿中的水及金属丝 必须保持十分洁净，不许用手触摸玻璃皿的 里侧租金属框，也不要用手触及水面． 每次实验前要用酒精擦拭玻璃皿和金属框， 并用蒸馏水冲洗． 2.测表面张力时，动作要慢，又要防止仪器 受震动，特别是水膜要破裂时，
回答问题
则有
F W 2 l ldh g (29-2)
式中F为向上的拉力，W是框和细线所 受重力和浮力之差， l 为细金属线的长度， d为细线的直径即水膜的厚度，h为水膜被 拉断前的高度， 为水的密度，g为重力加 ldh g 为水膜的重量，由于细线的直径 速度． d很小，所以这一项不大：水膜有前后两面， 所以上式中张力为 2． l
设想在液面上作一长为 l 的线段，则张 力的作用表现在线段两侧液面以一定的力F相 互作用，而且力的方向恒与线段垂直，其大 小与线段长 l 成正比，即
F l
(29-1)
比例系数 称为液体的表面张力，它表示单 位长线段两侧液体的相互作用力．表面张力 的单位为N· m-1．
如图29-2所示，在一金属框P中间拉一金 属细线ab．将框及细线浸入水中后慢慢地将 其拉出水面，在细线下面将带起一水膜，当 水膜将被拉直时，