液体表面张力系数的测定
实验三液体表面张力系数的测定
实验三 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，它描述了液体表层附近分子力的宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
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。
【预习思考题】1. 什么是表面张力？2. 液体表面张力系数的物理意义是什么？影响因素有哪些？3. 拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理是什么？【实验目的】1.掌握用硅压阻力敏传感器测量的原理和方法。
2.了解液体的表面性质、理解测定液体表面张力系数的原理和方法。
3. 学习和掌握基本测量仪器游标卡尺的使用。
【实验原理】液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。
液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包围，它所受到的周围分子的作用，合力为零。
而液体的表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10–8 cm左右）内的分子所处的环境跟液体内部的分子缺少了一半和它吸引的分子。
由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向上引力比向下的引力小，合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，所以液面具有收缩的趋势。
这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。
表面张力的大小与接触面周长成正比，即：f = α·2l。
其中α称表面张力系数，它在数值上等于作用在液体表面单位长度上的力，单位为N/m。
图 2 液体的表面张力4041在液体中浸入一只小圆环，使圆环的底面保持水平，然后将圆环轻轻地提起。
对润湿液体而言，靠近圆环的液面将呈现如图2所示的形状。
圆环与液面的接触线上由于液面收缩而产生的表面张力沿液面的切线方向，图中液面与圆环侧面的夹角φ称为接触角(或润湿角)，当用外力F 缓缓向上拉小圆环时，接触角逐渐减小而趋于零，这时被圆环所拉起的液膜也成圆环形状。
液体表面张力系数的测量
液体表面张力系数的测定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。
液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。
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，测定液体表面张力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法测定表面张力系数。
实验目的：1、了解液体表面性质。
2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。
3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。
实验仪器：焦利弹簧秤，被测液体，游标卡尺，矩形金属框，烧杯，砝码及托盘等实验原理：1、面张力的由来假设液体表面附近分子的密度和内部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。
由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段，如图（2）所示，设想内部某个分子A欲向表面迁徙，它必须排开分子1、2，并克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。
用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要有大小为d E 的激活能才能越过势垒，跑到表面去。
然而表面某个分子B 要想挤向内部，它只需排开分子''21、和克服两侧分子''43、的吸引力即可，后面没有分子拉它。
所以它所处的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能'dE 就可越过势垒，潜入液体内部。
这样一来，由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力加大了，这就是图(3)右边所示的情况。
此时分子B 需克服分子''43、对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到'dE 变得和d E 一样时，内外扩散达到平衡。
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实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测定液体表面张力系数的实验，掌握液体表面张力系数的测定方法，加深对表面张力的理解，提高实验操作能力。
二、实验原理。
液体表面张力系数是表征液体分子间相互作用力的物理量，通常用$\gamma$表示。
液体表面张力系数的测定方法有很多种，常用的有悬铁环法、悬滴法、悬水滴法等。
本实验采用悬水滴法测定液体表面张力系数。
三、实验仪器和试剂。
1. 一台天平。
2. 一根细丝。
3. 一根细管。
4. 一根毛细管。
5. 一根水平的细管。
6. 一些水。
四、实验步骤。
1. 将一根细丝固定在天平上，使其水平。
2. 用细管将水滴在细丝上，形成一个悬水滴。
3. 用毛细管在悬水滴下方加入一些水，使悬水滴增大，直到悬水滴脱落。
4. 测量水滴的质量$m$，并记录下悬水滴的直径$d$。
五、实验数据处理。
根据实验数据，可以计算出液体表面张力系数$\gamma$的值。
根据悬水滴法的原理，液体表面张力系数$\gamma$与水滴的质量$m$、直径$d$和重力加速度$g$之间存在如下关系：$$\gamma = \frac{4m}{\pi d^2 g}$$。
六、实验结果与分析。
根据实验数据和计算公式，可以得到液体表面张力系数$\gamma$的数值。
通过对实验数据的分析，可以发现液体表面张力系数与水滴质量和直径呈反比关系，与重力加速度呈正比关系。
这与表面张力的性质相符合。
七、实验结论。
通过本实验的实验操作和数据处理，成功测定了液体表面张力系数$\gamma$的数值。
实验结果与理论预期相符，验证了悬水滴法测定液体表面张力系数的可行性。
八、实验中的注意事项。
1. 实验操作要细致，保证悬水滴的稳定性。
2. 测量数据要准确，避免误差的产生。
3. 实验结束后要及时清理实验仪器和试剂。
九、参考文献。
1. 《物理化学实验》。
2. 《实验化学》。
十、致谢。
感谢实验指导老师的悉心指导和同学们的配合，使本次实验取得了圆满成功。
液体表面张力系数的测定
实验七液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法；2．用拉脱法测量室温下水的表面张力系数；3．掌握用逐差法处理数据。
【实验仪器】焦利氏秤，Π型金属丝框，法码，游标卡尺，玻璃杯，酒精，金属镊子，温度计及蒸馏水。
【实验原理】许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。
例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。
液体表面层中分子的受力情况与液体的内部不同。
在液体内部，任一个分子受其他分子引力、斥力在各方向上均相等，则所受的合力为0；而在表面层，由于液体上方气体分子密度较小，液体表面层分子间的距离大于正常距离，这时引力大于斥力。
这种状态下，整个液面如同绷紧的弹性薄膜，这时产生的沿液面并使之收缩的力称为液体表面张力，用表面张力系数来描述。
液体的表面张力系数与液体的性质、杂质情况、温度等有关。
当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。
一般来讲，密度小，易挥发液体小；温度愈高，愈小。
如果在液体表面想象一条直线段，那么,表面张力就表现为线段两边的的液面会以一定的拉力相互作用,此拉力方向垂直于线段,大小与此线段的长度成正比,即（7-1）其中，为液体表面张力系数,它表示单位长线段两侧液体的相互作用，国际制中单位为牛顿/米，记为N?M-1。
拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。
由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。
现将一洁净Π型金属丝浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属丝时，在Π型金属丝框内就形成双面水膜。
设Π型金属丝的直径为，内宽为，重量，受浮力，弹簧向上的拉力，液体的表面张力为。
则Π型丝的受力平衡条件为（7-2）设接触角为，由于水膜宽度为（L+d）,则表面张力为（7-3）缓慢拉起Π型丝至水面时，接触角趋近于零，上式中。
实验报告-液体表面张力系数的测定
实验3-3 液体表面张力系数的测定一、实验目的：测量室温下水的表面张力系数。
二、实验原理：液体表面张力的存在，液体表面具有收缩的趋势，在液体表面上作一条曲线，则曲线受两侧平衡的、并与液体表面相切的表面张力的作用。
在线性近似下，表面张力的大小与曲线的长度成正比，表面张力的大小与曲线长度的比值即为液体的表面张力系数。
根据这一规律，可以用液体表面张力系数测定液体的表面张力。
在实验中用一个金属圆环固定在传感器中，该环浸没于液体中，把圆环慢慢拉起，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f=α△l=α(2πr1+2πr2)=π（D1+D2）α在页面拉脱的瞬间，膜的拉力小时。
拉力差为f=π（D1+D2）α（1）并以数字式电压表输出显示为f=(U1-U2)/B （2）由（1）、（2），我们可以得到水的表面张力系数为α=(U1-U2)/[Bπ（D1+D2）]因此，只要测量出(U1-U2)，B,D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α三、实验器材：液体表面张力系数测定仪、垂直调解台、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、实验步骤：（1）力敏传感器的定标（表3-3-1）物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV（2）测量金属圆环的外径D1和内径D2。
（3）记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值U1和拉断时瞬间数字电压表的读数U2。
并用温度计测出水的温度。
利用所测数据计算出α（表3-3-2）。
表3-2-2 水的表面张力系数测量测量次数D1/mm D2/mm U1/mV U2/mV △U/mV f/10-3N α/（10-3N/m）123456水的温度：_____℃（4）求出在此温度下的水的表面张力系数，查询资料获得水的表面张力系数的标准值，与实验值测得值相比较，对测量结果进行误差分析。
五、数据记录将所得实验数据填入《表3-3-1 力敏传感器定标》和《表3-3-2 水的表面张力系数测量》中。
实验九-液体表面张力系数的测定
实验九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仪器DH607液体表面张力系数的测定仪，吊环，砝码盘，砝码，镊子，玻璃器皿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(1)式中，为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，为液体的表面张力系数．测量金属片从待测液体表面脱离时需要的力，对金属环进行受力分析，液膜拉断之前金属环的受力表达式为:式中:F为向上的拉力, mg为金属环的重力,为液体的表面张力,为与竖直方向的夹角。
液膜拉断瞬间,,。
液膜拉断后有, 则(2)F可由硅压阻式力敏传感器测出，是此实验的关键。
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，所加外力与输出电压大小成正此，即U= K F (3)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。
液体表面张力系数的测定
液体表面张力系数的测定张宜良（材料科学与工程学院 2012级5班学号：201200150298）摘要：本实验利用硅压力敏传感器将非电量间接地表达为电量，创新了测量微小拉力的方法。
关键词：表面张力系数；分子力；力敏传感器；拉脱法引言：液体的许多现象与表面张力有关（如毛细现象、湿润现象、泡沫的形成等），工业生产中的浮选技术、动植物体内液体的运动、土壤中水的运动等也都与液体的表面现象有关。
此外在船舶制造、水力学、化工化学中都有它的应用。
因此，研究液体的表面张力可谓工农业生产、生活及科学研究中有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。
[1]一、实验原理和装置1实验原理[2]若用吊片与待测液体接触,假定吊片与液体接触角为零,考虑一级近似可以认为脱离力等于表面张力系数乘以周长,即f= α•L AB, （1）式中f为液面的表面张力;LAB为吊片与液面接触的长度;比例系数α为表面张力系数。
实验中采用金属圆环吊片,将其底部水平浸入液面中后,然后缓慢地使其脱离液面。
由于液体表面张力的作用，调换的内、外壁会带起一部分液体，使液体弯曲，这时，吊环在铅直方向受到外力为重力mg，向上的拉力F，液体表面对其的作用力—表面张力，如果吊环静止，其在铅直方向上所受合力为零，F ＝mg＋f （2）式中F为把金属片拉出液面时所用的力；mg为金属片和带起的水膜的总重量；f 为表面张力。
此时，f 与接触面的周围边界2（L＋ d ）,代入（2）式中可得2()F mgL d α-=+ （3）本实验用金属圆环代替金属片，则有)(21d d mgF +-=πα （4）式中d1、d2 分别为圆环的内外直径。
2实验器材FD-NST-1型液体表面张力测定仪、游标卡尺等二、实验内容 1熟悉和调整仪器。
开机预热15分钟以上，熟悉并调整仪器：仔细调节底角螺丝，使底盘水平，力敏传感器挂钩加挂砝码盘，练习显示一起的调零及加放砝码的读数方法，熟悉升降台的调整。
液体表面张力系数的测定
液体表面张力系数的测定凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。
它产生的原因是 液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，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。
就象你要把弹簧拉开些，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。
液体的许多现象与表面张力有关（如毛细现象、湿润现象、泡沫的形成等），工业生产中的浮选技术、动植物体内液体的运动、土壤中水的运动等也都与液体的表面现象有关。
此外在船舶制造、水力学、化工化学中都有它的应用。
因此，研究液体的表面张力可谓工农业生产、生活及科学研究中有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。
【实验目的】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． 测量纯水和其它液体的表面张力系数。
4． 测量液体的浓度与表面张力系数的关系（如酒精不同浓度时的表面张力系数） 【实验原理】一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为απ)(21D D f +=（1）式中： 1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα（2）实验中，液体表面张力可以由下式得到：B U U f /)(21-=（3）B 为力敏传感器灵敏度，单位V/N 。
1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉断时数字电压表的读数。
【实验仪器】实验仪器主要由液体表面张力系数测定仪主机（数字电压表）以及实验调节装置以及镊子、砝码组成。
仪器简介FD-NST-Ⅰ型液体表面张力系数测定仪是一种新型拉脱法液体表面张力系数测定仪。
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液体表面张力系数的测定
实验目的
1. 学习焦利秤测量微小力的原理和方法；
2. 了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。
实验原理
液体具有尽可能缩小其表面的趋势。
沿着表面且使表面具有收缩趋势的张力叫做液体的表面张力。
在图（1）中，直线MN 是液面上假想的一条分界线，它把液面分成两部分，1f 面（1）对表面（2）的拉力，
2f 表示表面（2）对表面（1）的拉力。
这两个力大小相等，方向相反且都与液面相切，与
MN 垂直。
这就是液面上相接触的两部分表示相互作用的表面张力。
显然，表面张力的大小
f 应正比于MN 的长度b ，即 f =σb
（1）
式中σ称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力。
如图（2）所示，若将一个“┌┐”形金属丝浸入液体中，然后缓缓提起，这时“┌┐”形丝两个侧面都盖上一层液膜，“┌┐”形丝要受到向上的拉力、向下的重力和表面张力f ，
f 的方向与液面相切，它与“┌┐”形丝的夹角ф称为接触角，当继续提拉“┌┐”形丝，
在液膜被拉破的瞬间，如图（3）所示，接触角ф趋近于零，这时表面张力是垂直向下的，此时，由静力平衡方程得f mg F 2+=，得表面张力
)(2
1
mg F f -=
（2） 设“┌┐”形丝长为b ，则由⑴、⑵两式可得表面张力系数为
b
mg F 2-=σ （3）
F 和m g 都非常小，
本实验是通过焦利秤来测定。
先可测弹簧的弹性系数k ，在弹簧下加m 克的砝码，弹簧伸长0l l -，弹性系数0
l l mg
k -=。
图（1）表 面 张 力
图（3）液膜被拉破的瞬间
图（2）提拉“┌┐”丝时表面张力
当“┌┐”形丝稳定地与液面平齐时，焦利秤上读数为S 0 ，提拉“┌┐”形丝，液膜随之拉起，当液膜拉破的瞬间，焦利秤上读数为S ，则
)(0S S k mg F -=- （4） 将（4）式代入（3）式，得
b
S S k 2)
(0-=
σ （5）
实验仪器
焦利秤、温度计、镊子、烧杯、砝码、“┌┐”形丝
操作要点
1. 测定弹簧的弹性系数k ，用逐差法计算。
2. 测定水的表面张力系数σ
（1）用酒精将“┌┐”形丝擦干净，擦洗中不得使“┌┐”形丝变形，然后挂在砝码盘下。
（2）将装有蒸馏水的烧杯放在平台P 上，调节螺旋E ，使 “┌┐”形丝浸入水中时，其水平部分正好在水平面下，并使“三线对齐”，记下标尺读数S 0 。
（3）缓慢旋转旋钮R ，提拉塔形弹簧使浸在水中的“┌┐”形丝提起，与此同时，缓慢旋转旋钮E ，使平台P 下降，在提拉“┌┐”形丝的过程中应始终保持“三线对齐”，直到 “┌┐”形丝拉起的水膜破裂为止，此时，记录水膜拉破瞬间标尺的读数S 。
（4）反复提拉五次，记下相应的S 、S 0，计算S ∆。
根据式（5）计算σ。
（5）查出相应温度下的张力系数的公认值，计算测量值的相对不确定度。
b=35.10mm
数据处理
表格一：测量弹簧劲度系数
cm 55125.016
37261504==
∆l
弹簧劲度系数N/m 888.01055125.0793
.9105.02
3=⨯⨯⨯=∆=--l
mg k 表格二：测量水的表面张力系数
N/m 1085.7110
10.3521068.5888.023
3
--⨯=⨯⨯⨯⨯=∆=b S k σ 室温C 25︒=t ，N/m 1096.713
-⨯=公σ
%16.0%1001096.711096.7185.71%1003
3
=⨯⨯⨯-=⨯-=--公公σσσE 误差分析及讨论
1. 焦利秤为什么要采用“三线对齐”的方法来进行测量，“两线对齐”可以吗？为什么？
答： “三线对齐”使立杆的变化量与弹簧的伸长保持一致。
“两线对齐”无法确定一个基准位置，会带来较大的视觉上的误差。
2. 全面分析测量结果，与室温下公认值进行比较，分析误差的可能原因。
答：可能的原因有：操作时是否保持“三线对齐”；指标镜是否悬空；“┌┐”形丝初位置是否水平；拉膜时是否缓慢；水和器具是否清洁。
预习思考题
1. “三线对齐”是指哪三条线？
答：玻璃管C 的横线及其在指标镜中的像和指标镜中的刻线。
2. 测量σ时，右手缓慢顺时针旋转钮R ，与此同时，左手缓慢逆时针旋转钮E ，眼睛观
察玻璃管，使指标镜始终保持“三线对齐”。
3. 测量张力系数时，玻璃杯平面下移，镜面水平线不移，“┌┐”形丝上移。
4. 实验中如果指标镜与玻璃管接触会有磨擦，对测量结果有何影响？如何解决。
答：使测量结果偏大。
可调节旋钮H 、I 使指标镜悬空。
5. 如果“┌┐”形丝与水平面不平行，提拉之后，水膜是过早破裂，σ是变小。
课后思考题
1. 用图解法求焦利秤弹簧的弹性系数，并将所得结果与逐差法算出的弹性系数作一比较。
1111m N 901.0m kg 109201.0kg N 793.9----⋅=⋅⨯⨯⋅=k 逐差法的结果稍大些。
2. 为什么随室温的升高，水的表面张力系数是下降趋势？
答：液体的表面张力是由于液体内部的分子力大于外部的气体分子力而造成的，随着水的温度升高，其表面的密度呈下降趋势，故其张力系数也呈下降趋势。
评分标准(30分)
1. 实验文字部分（10）：实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、回答预习思考题。
2. 数据处理部分（15）：数据表格、计算、结果表达式
3. 分析讨论部分（5）：误差原因分析、课后思考题。