表界面张力测量原理及方法
实验 表面张力的测定1
实验液体表面张力的测定-------拉环法测定溶液的表面张力一、实验目的1.掌握拉环法表面张力仪测定表面张力的原理和技术。
2.通过对不同浓度待测溶液表面张力的测定,加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量的关系的理解。
3.了解影响表面张力的因素。
二、实验设备界面张力仪一套(JZHY-180型) 移液管待测溶液容量瓶酒精灯或铬酸溶液滤纸烧杯三、实验原理拉环法是应用相当广泛的方法,它可以测定纯液体及溶液的表面张力,也可以测定液体的界面张力.界面张力仪是一种用物理方法测试液体的表面和液体与液体之界面张力的仪器.当铂金环与液面接触后,再慢慢向上提升,则因液体表面张力的作用而形成一个液体的圆柱,如图所示,这时向上的总拉力p将与此液柱的质量相等,也与内外两边的表面张力之和相等,即W=mg=2πσ'R+2πσ('R+2r)= 4πσ('R+r)= 4πσR(1) 式中: m为液柱的质量; 'R为环的内半径; r为环丝半径;R为环的平均内径,即R='R+r; σ为液体的表面张力但(1)式是理想的情况,与实际不相符合,因为被拉起的液体并非是圆柱形的,而是如图所示.实验证明,环拉起的液体的形状是R3/V和R/r的函数,同时也是表面张力的函数.因此式(1)必须乘以一个校正因子F才能得到正确的结果.σ=MF式中,M为膜破裂时刻度盘读数,mN/m.F=+0.07250M: 显示的读数指mN/m C: 环的周长R: 环的半径D: 下相密度d: 上相密度r: 铂金丝的半径在此实验中C=6.00cm R=0.955cm r=0.03cmD为液体的密度d是气体的密度所以调整因子简化为0.07250F=四、实验步骤1. 配置0.50mo l L-1和0.60mo l L-1正丁醇水溶液各100ml.然后,再利用已配置好的这两个浓溶液配置下列浓度的稀溶液各50ml: 0.02mo l·L-1、0.05mo l·L-1、0.10mo l·L-1、0.20mo l·L-1、0.30mo l·L-1、0.40mo l·L-1.2. 将界面张力仪放在不振动且平稳的地方,然后调到水平状态.3. 将铂金环和玻璃杯进行清洗,去除掉污垢和杂质.4. 用少量待测溶液倘洗玻璃杯,然后将待测溶液注入玻璃杯中，深度约为20~25mm,并将玻璃杯置于样品座上。
界面张力仪测量原理分析
界面张力仪测量原理分析测量原理样品管中装满高密度相，然后再在高密度相中注入一滴低密度相(液滴)，样品管在马达的带动下转动，在离心力的作用下液滴在样品管的中心轴线上，并目被拉伸变形。
界面张力仪品牌:SITA产地:德国型号:T15英文名:SITA pro line t15别名:界面张力仪,张力仪,动态表面张力仪应用领域:用于测量液体表面张力仪说明:该表面张力仪专门用于生产过程中的连续监控模式。
用户能够容易调整测量参数。
三项强大功能△独立模式—快速质量监控快速、可靠的质量控制模式。
设定测量参数后可以准确测量并显示表面张力值。
△自动模式—研发的理想工具能够独立设定测量范围、测试数据数目、测量的平均值，是研发的理想工具。
△在线模式—易于过程监控专门用于生产过程中的连续监控模式。
用户能够容易调整测量参数。
特点特征：△三种测量模式（独立、自动和在线模式）--适合不同测试要求。
△操作简单，测试方便容易。
△自动控制表面时间（气泡寿命）--无须值守观察。
△通过预先设定参数可以有效避免用法不当的测量偏差。
△可选的过程传输为连续监控分析提供了方便。
△测量值可与其它SITA表面张力仪比较。
技术参数：△三种测量模式△表面张力测量范围：10-100mN/M△读数精度：0.1mN/M△重现性：0.5mN/M△气泡寿命控制：15-15000ms，精度5％△测量温度范围：0-100℃，读数精度0.1℃，精确度0.1℃。
△USB接口，提供仪器操作和数据传输至电脑。
△过程传输（选购），可以将测量的表面张力和温度值转变为外部信号传输给PLC 接收。
△重量270g，尺寸75x168x35mm△探头长度68mm△测量状态信号可视和可听测试方法：气泡压力法：通过液体分子间的吸引力，液体里面的空气气泡同样会受到这些吸引力的作用，譬如气泡在液体中形成会受到表面张力的挤压。
气泡的半径越小，它所有的压力就越大。
通过与外部气泡相比，增加的压力可用于测量表面张力。
表面张力仪的测试原理
表面张力仪的测试原理概述表面张力仪（Surface Tension Meter）是一种用于测量液体表面张力的仪器，它可以通过不同的方法，如静态与动态方法，来测量液体的表面张力值。
表面张力是指液体表面上单位长度的能量，通常用mN/m（米牛每米）或dyn/cm（达因每厘米）来表示。
表面张力仪可以用于对化学、物理和生物学领域中液体表面性质的研究。
静态方法静态方法是最常用的表面张力测量方法之一。
它可以用来测量水、有机液体或十六烷等不同液体的表面张力。
下面是静态方法的测试流程：1.将表面张力仪固定在一个框架上，框架上有一块水平的玻璃板。
2.用注射器将待测液体缓缓注入框架内，直到液体与玻璃板成一定的角度，此时液体表面高于玻璃板的高度。
3.开始测试，根据压电传感器读数可以计算出液面与玻璃板间的切线张力。
静态方法测量得到的值是相对准确的，但必须在一定范围内保证测试环境的相对湿度和温度。
同时，如果使用美洽力法进行测试，最后会得到一个浓缩系数，可以帮助计算出液体在界面上的活性系数。
动态方法动态方法也是表面张力测量中常用的方法之一，它可以测量多种表面张力的液体，如水、甘油、二甲苯等。
下面是动态方法的测试流程：1.使用注射器在表面张力仪的玻璃框架内注入待测液体。
2.启动仪器，在预设的频率下开始进行振荡。
3.通过测量振荡的幅值以及周期时间，利用拉普拉斯公式来计算出液体表面张力。
动态方法相对于静态方法需要更精准的仪器，同时还要对液体的粘度以及挥发性进行控制。
由于动态法的测量对环境干扰比较小，因此动态方法通常比静态方法更精准。
总结表面张力仪的测试原理在不同方法下具有不同的特点。
静态方法可以得到比较准确的结果，但其测试中需要保证环境条件相对稳定；动态方法的误差较小，但需要更精确的仪器，并且还要对液体的粘度和挥发性进行控制。
表面张力的测量可以用于支持在各种应用领域中所需的物理化学属性。
-表面张力测定方法
2)当同时考察温度、 压力和气氛对表面张力的影 响时,悬滴法是最有效的方法之一。
式中 C为表面张力, v Q是液相与气相的密度差, g是重力加速度, h为液面上升高度, r为毛细管半径, H是固- 液接触角。只要测得液柱上升(或下降)高度和固- 液接触 角, 就可以确定液体的表面张力。
应用此法测定液体表面张力, 要求固- 液面接触角 H最好为 零。当精确测量时,需要对毛细管内液面上升高度 h进行校正。 当液面位置很 难测准时,可通过测量两根毛细管的高度差计算 表面张力,其计算公式为:
三、总结
1)在实际测量表面张力时, 可以根据要求的实 验精度、温度压力和设备的实现难易程度 来选择。当要求精度比较高时, 可以采用毛细管上升法、 最
大气泡压力法、 Wihel my吊片法, 否则可以选择 DuNouy吊环法、 悬滴法或旋滴法。当温度和压力比较高的时候,可以采用毛细管 上升法、 滴体积法、 旋滴法、悬滴法、最大气泡压力法和震荡 射流法进行测定。
h1、 h2分别为两毛细管液面上升高度, r1、r2分别为两毛细管半径。
2.最大气泡压力法
测定时将一根毛细管插入待测液体内部, 从管中缓慢地通入惰性 气体对其内的液体施以压力, 使它能在管端形成气泡逸出。当所用 的毛细管管径较小时,可以假定所产生的气泡都是球面的一部分,但 是气泡在生成及发展过程中,气泡的曲率半径将随惰性气体的压力 变化而改变,当气泡的形状恰为半球形时,气泡的曲率半径为最小,正 好等于毛细管半径。如果此时继续通入惰性气体, 气泡便会猛然胀 大,并且迅速地脱离管端逸出或突然破裂。如果在毛细管上连一个 U 型压力计, U型压力计所用的液体密度为 Q , 两液柱的高度差为v l , 那么气泡最大压力v Pmax就能通过实验测定。此时
表面张力测试原理
表面张力测试原理表面张力是液体分子间的相互作用力导致液体表面收缩的现象。
表面张力的大小取决于液体的性质和温度等因素。
表面张力的测试可以通过不同的方法进行，其中一种常用的方法是利用饱和溶液的能力进行测量。
表面张力测试的原理基于饱和溶液的特性。
饱和溶液是指在一定温度下，溶质在溶剂中达到了最大溶解度的状态。
在饱和溶液中，溶质与溶剂之间的相互作用力达到平衡，溶质分子以固定的速率从溶剂中溶解出来，与溶剂分子之间发生相互作用。
在表面张力测试中，常用的测试液体是水，因为水具有较高的表面张力。
首先，将水倒入一个测量皿中，使其形成一个平坦的表面。
然后，在表面上放置一个或多个细小的物体，如针尖或小片纸。
观察到物体浮在水面上并不立即下沉，这是因为水的表面张力使得液体表面呈现出一种弹性，能够支撑物体的重量。
为了测量表面张力的大小，可以通过改变物体的质量来推断表面张力的大小。
当物体的质量超过一定限度时，它将无法浮在液体表面上，而是下沉到液体中。
根据物体下沉的质量和物体在液体表面上浮动的质量之间的差异，可以计算出液体的表面张力值。
另一种常用的表面张力测试方法是利用浸润现象。
浸润是指液体与固体表面之间的相互作用，液体分子渗入固体表面的现象。
通过改变固体表面的润湿性，可以测量液体的表面张力。
常用的测量方法是将固体表面涂覆一层液体，观察液体在固体表面上的展开程度。
如果液体能够完全展开并覆盖固体表面，说明液体具有较低的表面张力；如果液体无法展开并形成球状，说明液体具有较高的表面张力。
表面张力测试在科学研究和工业应用中具有广泛的应用。
在科学研究中，表面张力的测试可以用于研究液体的物理特性和相互作用力。
在工业应用中，表面张力的测试可以用于液体表面活性剂的评估和产品质量控制。
例如，在制造洗涤剂和涂料等产品时，需要测试液体的表面张力来确定其清洁能力和涂覆性能。
表面张力测试是通过测量液体的性质和相互作用力来评估液体的表面张力大小的方法。
通过不同的测量原理和方法，可以准确地测量液体的表面张力值，为科学研究和工业应用提供有价值的信息。
表面张力的测量和应用
表面张力的测量和应用表面张力是指液体表面上的分子间吸引力所产生的张力，是液体表面强度的度量。
通过测量表面张力，可以获得液体表面的物理和化学性质，从而为各种应用提供有效的参考。
一、表面张力的计算和测量表面张力可以通过两种方法进行计算和测量：接触角法和杂质提升法。
1. 接触角法接触角法是利用液体在固体表面上的接触角来计算表面张力。
接触角是液体与固体表面接触的角度，它可根据接触线和水平面形成的切线得出。
接触角的大小反映了液体与固体之间的相互吸引力大小。
一般来说，角度越小，液体越容易与固体相互吸附，表面张力越小。
2. 杂质提升法杂质提升法是通过往液体表面添加一定量的杂质，从而减小表面张力并测得表面张力大小。
添加的杂质通常为表面活性剂，如十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。
通过测量液体表面杂质提升前后的高度差，可以计算出表面张力的大小。
二、表面张力的应用表面张力主要应用于以下领域：1. 表面润湿性液体经过表面张力的影响，在固体表面上形成了一种液滴状结构。
这种液滴结构对于在固体表面上的液体润湿性有很大影响。
表面张力越小，液体在固体表面上的渗透性越强，润湿性越好。
在工业上，这种性质得到广泛应用，如涂料润滑剂等。
2. 微粒分散性表面张力对于微粒分散性的影响也很大。
在液体中添加适量的表面活性剂，可以减小液体表面张力，使得固体颗粒更容易分散在液体中，提高微粒分散度。
这种方法在制药、化工和材料科学等领域得到广泛应用。
3. 液滴稳定性表面张力对于液滴稳定性也有影响。
液滴稳定性可以用来判断液体的纯度和化学性质。
液滴不稳定的原因通常是表面张力不足或液滴大小不均。
因此，在制药和化学工业中，经常通过测量液滴大小和稳定性来测试化学反应、物质的纯度等。
总之，表面张力的测量和应用在各种领域都具有重要意义。
通过了解表面张力的大小和变化，可以更好地掌握物质的物理和化学性质，为工业生产和实验研究提供有效的依据。
表面张力测试
表面张力测试方法综述一、力学法力学法是利用探针与液体或固体表面接触时所受到的力来计算表面张力或界面张力的方法。
这种方法需要使用特定形状和材质的探针，如杜氏环、威廉板、铂金板等，以及灵敏的天平或压力传感器。
力学法的优点是操作简单，适用于各种类型的液体和固体，不受温度和电导率的影响。
力学法的缺点是受到探针的清洁度、润湿性、振动等因素的影响，精度较低，不能测量动态表面张力。
1.1 杜氏环法杜氏环法是一种常用的力学法，它使用一个由铂金丝制成的环形探针，将其浸入液体中，然后缓慢地提起，直到探针与液体表面脱离。
在这个过程中，液体会在探针周围形成一个薄膜，对探针产生一个向下拉的力。
这个力与液体的表面张力成正比，通过测量这个力可以计算出表面张力。
杜氏环法适用于测量纯净液体或稀溶液的表面张力，也可以测量两种不相混溶的液体之间的界面张力。
杜氏环法的计算公式为：γ=F 4πR其中γ为表面张力或界面张力，F为探针所受到的最大拉力，R为探针的半径。
1.2 威廉板法威廉板法是一种改进的杜氏环法，它使用一个由铂金制成的矩形板作为探针，将其水平地放置在液体表面上，然后缓慢地提起，直到探针与液体表面脱离。
在这个过程中，液体会在探针两侧形成两个薄膜，对探针产生一个向下拉的力。
这个力与液体的表面张力成正比，通过测量这个力可以计算出表面张力。
威廉板法适用于测量纯净液体或稀溶液的表面张力，也可以测量两种不相混溶的液体之间的界面张力。
威廉板法的计算公式为：γ=F 2L其中γ为表面张力或界面张力，F为探针所受到的最大拉力，L为探针的长度。
1.3 铂金板法铂金板法是一种简便的力学法，它使用一个由铂金制成的矩形板作为探针，将其垂直地插入液体中，然后缓慢地提起，直到探针与液体表面脱离。
在这个过程中，液体会在探针周围形成一个液柱，对探针产生一个向下拉的力。
这个力与液体的表面张力成正比，通过测量这个力可以计算出表面张力。
铂金板法适用于测量纯净液体或稀溶液的表面张力，也可以测量两种不相混溶的液体之间的界面张力。
物理化学界面现象教案中的界面界面张力测量技术
物理化学界面现象教案中的界面界面张力测量技术一、引言物理化学界面现象是研究物质间相互作用的重要领域。
其中，界面张力是界面现象中一项举足轻重的测量指标。
本教案旨在介绍物理化学界面现象教学中的界面张力测量技术。
二、理论背景1. 界面现象和界面张力的概念界面现象指物质相互接触处发生的各种特殊现象，如液体表面的弯曲、液滴的形成等。
界面张力是指界面上液体表面对外界的抗拓展的能力，是液体分子间相互作用的结果。
2. 杨-拉普拉斯方程杨-拉普拉斯方程是描述液体表面曲率与界面张力关系的重要方程。
根据该方程，液滴的形状与液滴的体积和界面张力有关。
三、界面张力测量技术1. 静力法静力法是最常见的界面张力测量技术之一。
该方法通过测量液体表面的形状，计算出液滴的压强差与液滴的体积的比值，从而确定界面张力的大小。
2. 静电天平法静电天平法利用平衡液滴在电场中受力平衡的原理，测量液滴的形状、电荷和电场强度等参数，计算出界面张力的数值。
3. 阿贝力计法阿贝力计法利用阿贝力计对液滴进行测量，通过计算液滴的体积和重力之间的关系，推导出界面张力的值。
4. 压电剪切震荡法压电剪切震荡法利用压电剪切片的震荡频率与界面张力之间的关系，通过计算频率的变化来测量界面张力。
5. 动态表面张力测量技术动态表面张力测量技术是一种基于振铃静滴法原理的测量方法，通过测量液滴形态变化的动态数据，计算出界面张力的数值。
四、教学实例1. 实验目的本实验旨在学习和掌握几种常用的界面张力测量技术，加深对界面现象和界面张力的理解。
2. 实验步骤(详细介绍每种技术的步骤和操作要点，如何准确测量界面张力的数值)3. 实验结果与分析(根据实验数据，对测量结果进行分析和讨论，比较不同方法的优缺点)4. 结论综合比较各种界面张力测量技术的优缺点，选择合适的方法进行具体应用。
界面张力测量技术在物理化学领域的应用广泛，为研究和开发新材料、新工艺提供了重要依据。
五、课堂讨论和总结根据实验结果和理论知识，进行课堂讨论和总结，帮助学生加深对物理化学界面现象和界面张力测量技术的理解，提高实验操作和数据处理的能力。
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毛细管刚插入水中时，管内 液面为凹液面，PC = P0 ,PB < P0 , B、C为等高点，但 PB< PC ，所以液体不能静止， 管内液面将上升，直至PB =PC为止，此时：
2 γ PA P 0 R
PB PA gh P0 2 γ gh PC P0 R
2 γ 2 cos γ h , 其中 R cos r . gR gr
将一个具有一定厚度的金属环浸没于液体中， 并渐渐拉起该环，当它从液面拉脱瞬间传感器收 到的拉力差ΔF为：
2、 (Wilhelmy Plate method)：
这是一种很普遍的测量方法，尤其适用于长时间测量表面 张力的测量。测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中 所受的力。
威廉米平板法
压力测量法： 是通过测量界面两边（两相）的压力差，然后运用上 述的杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式来计算表面张力。 常见的方法有： 1、毛细管升高法：当液体与毛细管管壁间的接触角 小于90度时（浸润的），管内的液面成凹面，弯 曲的液面对于下层的液体施加负压力，导致液面 在毛细管中上升，直到压力平衡为止。通过测量 液面升高的高度，及已知毛细管内径和液体与毛 细 管管壁间的接触角（通常默认为是0），就可 计算出表面张力。这是一很经典及直观的方法，
图1
座滴法: 测量液体的 表面和界面张力 的原理与悬滴法 相同，因为两者 都可用同一 BashforthAdams方程式将 以描述（唯一的 差异是液滴本身 重力对液滴相内 压力的贡献项前 的符号相反）。
2、旋转滴法： 可用来测定表/界面张力，尤其适应于低范围 （0.1mN/m以下）界面张力的测量。测量的值是一个 处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径或总体 几何形状。 3、（液滴）体积法： 非常适用于动态地测量表/界面张力。测量的值 是一定体积的液体分成的液滴数量。 液滴体积法其实是悬滴法的一种极端情况：悬滴 的体积增大到无法再由表/界面张力来支撑，而导致 表/界面撕裂而掉下。但掉下的并不是整个液滴的体 积，有部分剩留在毛细管/针管管端口上，这使得掉 下的液滴的体积无法精确计算，需要加入经验校正因 子。
2、最大气泡法：泡刚形成时，由于表面几乎是平的， 所以曲率半径R极大；当气泡形成半球形时，曲率半 径R等于毛细管半径r，此时R值最小。随着气泡的进 一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。测得了气泡 成长过程中的最高压力差，在已知毛细管半径的情 况下就能计算出表面张力。 本方法非常适用于测量表面张力随时间的变化， 所谓的动态表面张力
界面形状分析法 是基于对一处于力平衡状态的界面的形状的分 析，是一种光学分析法。
1、悬滴法/座滴法： 适用于界面张力和 表面张力的测量。 也可以在非常高的 压力和温度下进行 测量。测量液滴的 几何形状。
用悬滴法（Pendant Drop method）来测量液体的 表面和界面张力已有很长的历史。早在 19世纪末 （1882），Bashforth and Adams就在杨-拉普拉斯 （Young-Laplace）公式的 基础上，推导出了描述 一处于静力（界面张力对重力）平衡时的悬滴轮廓 的方程式（Eq. of Bashforth and Adams）：
上式中（参见图1），b为悬 滴底端（apex）的曲率半径，R 为悬滴轮廓上一点，p(x, z)， 在纸平面上的主曲率半径f 为轮 廓线上 p(x, z)点处的切线与 x - 轴的夹角。b 是体系的Bond number，在这里往往被称为液滴 的形状因子，因为它的值直接决 定了液滴的形状（注意：是指形 状，不涉及其大小）
1、挂环法（Du Nouy Ring method）： 这是测量表面张力的经典方 法，它甚至可以在很难浸湿的情 况下被使用。用一个初始浸在液 体的环从液体中拉出一个液体膜 （类似肥皂泡），同时测量提高 环的高度时所需要施加的力。
当吊环与液面接触后，在慢慢向上提升，则因液体表面张力 的作用形成一个液柱，如图所示，这时向上的总拉力F将与此液 柱的质量相等，也与内外两边的表面张力之和相等。 随着吊环的上升，就可以通过表面张的表面/界面张力可直接测量。测量的 方法大多基于对表面/界面施加一外力，从而引 起其变化，通过测量施加的力和/或其变化的程 度，就可计算出表面/界面张力的值。
表面/界面张力的测量方法可根据直接测量 的物理量分为： 1、力测量法 2、压力测量法 3、界面形状分析法
力测量法： 通常是运用一探针使其与待测的界面接触， 然后通过一天平来测量施加/作用在探针上的力。为 了保证界面在探针表面上的润湿性，探针通常由金属 （如Platinum）制成。常见的方法有：
表/界面张力测量原理及方法
表面张力是一种物理效应，它使得液体的表面总 是试图获得最小的、光滑的面积，就好像它是一层弹 性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能 量最低的状态。由于球面是同样体积下面积最小的几 何形状，因此在没有外力的情况下（比如在失重状态 下），液体在平衡状态下总是呈球状。 表面张力的存在使得一表面/界面两边的压力不 再相同，这一压力差的大小取决于界面张力及届面的 曲率， 可用杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式来 描述：