液体表面张力系数2015
实验6 液体表面张力系数的测量
实验6、表面张力系数的测定预习重点1、脱法测表面张力系数的原理；一、实验目的液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数，该参数在工业、医学和科学研究中有着重要应用。
有利于学生学习和掌握硅单晶电阻应变传感器的原理和方法二、实验原理2.1、表面张力的基本概念液体表面上任何一条分界线两侧间的液体存在的使液面绷紧的相互吸引力，叫做表面张力。
产生原因是由于界面的原子或分子之间的距离比内部的原子或分子之间的距离大，原子或分子的密度比较小，相对于物态内部而言其原子或分子的能量比较高，而这个能量的增高就是表面张力的原因。
表面张力促使液体缩小其表面面积，来减少未满足的化学价。
由于球面是同样体积下面积最小的体，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f 的方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即f L α= （6-1）式中α称为液体表面张力系数，单位为1N M −⋅，在数值上等于单位长度上的表面张力。
热力学对表面张力系数的定义为：表面张力系数α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： (TP GS α∂=∂实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
2.1、吊环拉脱法测表面张力系数表面张力的测量方法有很多种，如毛细法、滴重法、表面波法等，本实验采用的则是吊环拉脱法。
如图1所示，一个内、外半径为1D 、2D 的金属环悬挂在硅单晶电阻应变力传感器上，然后把它浸入液体中。
当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力的作用，力传感器的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，水柱即破裂），则F 应当是金属环重力与水柱拉引金属环的表面张图6-1 吊环拉脱法测量原理力之和，即F =G +f （6-2）由于液面的直径与金属环的内外径相同，则有12()f D D απ=+ （6-3）则表面张力系数为12()fD D απ=+ (6-4)本实验用的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器以数字式电压表输出显示。
实验二、液体表面张力系数的测定(拉脱法)教材
通常，与L相比，d是很小的，以至于可以忽略不计， 故上式可以改写为：
F弹簧 f浮力 mg金属丝框的重力 ldhg拉起的水膜的重力 2l
用W表示金属线框所受的重力和浮力之差，即 W mg金属丝框的重力 f浮力
（5）
（6）
则上式又可以改写为：
F弹簧 W Ldhg拉起的水膜的重力 2l
谢 谢
（7）
由上式，可以推出液体的张力系数：
( F W ) ldhg拉起的水膜的重力 2l
（8）
3、证明 F W 由（8）式可见，要测液体张力系数，需要测量测 量 F W 、水膜高度h和п 型金属丝的长度 l 。为了得 到 F W ，我们可以换成另外一个表达式表示，即
F W L L0 hk F液体张力 W 下面是对此式成立的证明。 证明：设当锥形弹簧4下挂有平面镜5，平面镜5下挂п 型 金属丝，调节盛水的烧杯和升降扭，п 型金属丝刚好与 水面水平，此时金属杆的读数 L（设没有挂 п 型金属丝时， 0 L00 弹簧平衡态时金属杆的读数 ）。则 п 型金属丝的受 力为： k ( L0 L00 ) f 浮力 mg金属丝框的重力 （9）
把（6）hk F液体张力 W
（12）
七、实验步骤 l d。 L0 L、h、、 由(8)式和(12)式，要测张力系数需测k、、 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数 (1) 把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到 秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝，使秤 框垂直，小镜中的指示横线、平衡指示玻璃管上的刻 度线及其在小镜中的像三线对齐，挂钩上下运动时不 至与管摩擦。 (2) 逐次在砝码盘内放入砝码（从1g加到6g），调节升降 钮，做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。用逐差 法和作图法计算出弹簧的劲度系数。 (3)分组求差法求出 k * 。 2 2 0.1 ( x x ) u ( k ) u u u ( k ) (4)误差处理： ， ，c A B u (k ) 3 n(n 1) (5) k k * uc (k )
水的表面张力系数标准值表
水的表面张力系数标准值表
以下是水的表面张力系数的标准值表：
温度（℃） | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35
----------| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | ---
表面张力系数（N/m）| 72.75 | 72.48 | 72.22 | 71.95 | 71.68 | 71.41 | 71.15 | 70.88
温度对水的表面张力系数具有本质的影响，温度的升高会降低水的表面张力系数。
为了更准确地测量水的表面张力，应当根据测试水的温度选择相应的表面张力系数标准值表。
一般情况下，温度的变化会对水的表面张力系数产生重大的影响，表面张力系数会随着温度的提高而稳步下降。
下面是关于水的表面张力系数随温度变化而变化的实验结果图：
<image src="../img/水的表面张力系数随温度变化而变化.png" width="400px">
从上图可以看出，水的表面张力随温度的升高而稳步下降。
当水温度在0℃到35℃之间变化时，水的表面张力标准值在72.75N/m变化到70.88N/m 之间。
因此，当测量水的表面张力系数时，应当根据当前的温度来参照该水的表面张力系数标准值表，以便更准确地测量水的表面张力系数。
水的表面张力系数是多少
水的表面张力系数是多少
19.7℃下纯水的表面张力系数的标准值为7.280x10-2N/m。
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：其中，吉布斯自由能的单位是能量单位，因此表面张力系数的单位是能量/面积。
促使液体表面收缩的力叫做表面张力。
表面张力系数测量方法
1.毛细管上升法：简单，将毛细管插入液体中即可测量，虽然精确度可能不高。
2.挂环法：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。
3.威廉米平板法：这是一种万能的测量方法，尤其适用于长时间测量表面张力。
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。
4.旋转滴法：用来确定界面张力，尤其适应于张力低的或非常低的范围内。
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。
5.悬滴法：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。
6.最大气泡法：非常适用于测量表面张力随时间的变化。
测量气泡最高的压力。
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）（21D D f +=δπ (1)式中，f 为脱离力，D 1，D 2分别为圆环的外径和内径，δ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f ，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:θcos f mg F +=式中:F 为向上的拉力, mg 为金属环的重力, f 为液体的表面张力, θ为f 与竖直方向的夹角。
液膜拉断瞬间,00=θ, f mg F +=。
液膜拉断后有mg F =', 则mg F f -= (2)F 可由硅压阻式力敏传感器测出，是此实验的关键。
液体表面张力系数的测定2
液体表面张力系数的测定2液体表面张力系数的测定2【实验目的】1. 学习FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪的使用方法；2. 用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数【实验仪器】FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪、片码、铝合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子【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cm 8 10-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，其方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即L f α= （1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N ?M -1，在数值上等于单位长度上的表面张力。
试验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1，外径为D 2的金属环悬挂在测力计上，然后把它浸入盛水的玻璃器皿中。
当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，水柱即破裂），则F 应当是金属环重力G 与水柱拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F += （2）由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有)(21D D f +=απ （3）则表面张力系数为)(21D D f+=πα （4）表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪进行测量。
液体表面张力系数测定的实验原理
液体表面张力系数测定的实验原理引言液体表面张力是液体分子间的相互作用力在表面处形成的一种力，是导致液体表面上产生“膜状”的现象。
表面张力的大小与液体的性质有关，可以通过实验测定来确定。
本文将详细讨论液体表面张力系数的测定原理及相应的实验方法。
一、实验原理液体表面张力系数是在单位长度上作用垂直于液体表面的力所引起的能量变化，可以用下式进行表示：γ=F l其中，γ表示表面张力系数，F表示作用在液体表面上的力，l表示力的作用长度。
液体表面张力系数的单位是N/m。
二、测定方法液体表面张力系数可以通过静水压力法、杯法和浮物法等多种方法来测定。
其中，静水压力法是最常用的方法之一。
1. 静水压力法静水压力法是利用压强与高度成反比的关系，通过测量液柱高度差来间接计算液体表面张力系数。
实验步骤1.准备两个玻璃杯，并用实验器皿将它们连通。
2.在一个杯子中注入待测液体，使其液面与连通的另一个杯子上的液面保持水平。
3.测量两个液面的高度差ℎ0。
4.在注入液体的杯子中挂一个重物，使液面下降一段距离ℎ。
5.再次测量液面的高度差ℎ′。
6.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=2(d−D)Vgπℎ其中，d为液体密度，D为水的密度，V为液体体积，g为重力加速度。
2. 杯法杯法是利用液体表面张力对液体表面的收缩力来测定表面张力系数。
实验步骤1.准备一个悬臂杯，并用注射器将它装满待测液体。
2.将注射器与悬臂杯连通，调整注射器，使悬臂杯上的液面与注射器上的液面保持水平。
3.记录注射器中液面下降的长度ℎ。
4.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=mg 2πR其中，m为注射器中液体的质量，g为重力加速度，R为悬臂杯的半径。
3. 浮物法浮物法是利用液体表面张力对物体浮力的影响来测定表面张力系数。
实验步骤1.选择一个物体，并将其浸入待测液体中，使其浸入深度变为ℎ。
2.测量物体浸入液体前后液面的高度差ℎ′。
3.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=2gdΔρℎ−ℎ′其中，g为重力加速度，d为液体密度，Δρ为物体的相对密度。
《液体表面张力系数》物理实验报告(有数据)
液体表面张力系数的测定一、实验目的1. 理解液体表面张力系数及其测定方法；2. 用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数；3. 了解力敏传感器的特性，学会传感器标定的方法。
二、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cm 810-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外的引力比向内的引力小得多，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，类似于吹胀的气球。
这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。
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，其方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即L f α=（1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N/m ，在数值上等于单位长度上的表面张力。
试验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1、外径为D 2的金属环水平吊起悬挂在测力计上，然后把它部分浸入待测液体中。
当缓慢地向上拉起金属环时，金属环就会带起一个与液体相连的液环。
由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，液环即破裂），则F 应当是金属环重力G 与液环拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F +=（2）由于液环有内外两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有 )(21D D f +=απ（3）则表面张力系数为)(21D D f+=πα（4）表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用到的测力计是硅压阻式力敏传感器，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示。
若力敏传感器拉力为F 时，数字式电压表的示数为U ，则有BUF =（5）式中B 表示力敏传感器的灵敏度，单位V/N 。
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1 2
U1/mv
U2/mv
ΔU/mv
△F/N
α/N· m-1
3
4 5
平均值： =________N/m.
13
附： 水的表面张力系数标准值
水温t / ℃
10
15
20
0.07275
25
30
α/N· m-1 0.07422 0.07322
0.07197 0.07118
铝合金吊环参考值：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm.
式中α称为长度上的表面张力, 其单位N·m-1。它的大小与 液体的成分、纯度、浓度以 及温度有关。
二、实验原理
使用片状吊环，在液膜拉破前瞬
间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。
U1－ U2 = △U = K·△F = K（F1－ F2）= Kαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:
U1 U 2 U K ( D1 D2 ) K ( D1 D2 )
这里U1——液膜拉断前瞬间电压表的读数
U2 ——液膜拉断后瞬间电压表的读数
6
三、实验仪器
（2）结构简图
1.力臂固定点 2.硅力敏传感芯片 3.弹性梁
4.挂钩
8
（3）原理
灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏传感器的电压改变量为 K mv。
△U＝K·△F
式中: △F ：外力的增量
K ：传感器的灵敏度 △U ：相应的电压改变量
9
（3）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K 和线性 相关系数r 。
11
3.用游标卡尺测量吊环的内外直径。 4.液体表面张力系数的测定
（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
14
15
实验现象的受力分析
对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：
吊环浸没在水中， 电压表显示负值
反方向旋转螺母， 电压表读数增加 继续旋转读数增 加到一个最大值
阶段1
继续旋转， 读数开始减小
阶段2
此时，观察电压表 读数，记下U1、U2
减小到某一个 值，液膜破裂
阶段3
1. 阶段1的受力分析
吊环下沿浸没在水中时，有
吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有
这里，f 为表面张力
电压表读数达到最大值，此时有
16
2. 阶段2的受力分析
达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可 以发现，电压表读数开始减小，这主要是因为附 着在液膜上的水在重力的作用下向下滑，所以拉 力减小。
17
3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
1. 实验装置
1.底座及调节螺丝 2.升降调节螺母 3.培养 皿 4.金属片状圆环 5.硅压阻式力敏传感器及金 属外壳6.数字电压表 7
2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一 定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信 号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信 号转换成电信号输出的。
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四、实验内容及步骤
1. 接通数字电压表及直流电源，预热15分钟。保证
测力方向和传感器起弹簧片的平面垂直。
2. 传感器定标：
（1）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。 （2）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V.
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： 液膜拉破前瞬间的受力分析图 F1 = mg + f1 + f2 此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = KF1
5
片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg 同样有 U2 = KF2
液膜拉破后瞬间的受力分析图
片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为：
拉脱法 测量液体的表面张力系数
用拉脱法测量室温下液 体的表面张力系数。 • 学习力敏传感器的定标 方法。
•
2
主要内容
一、基本知识点
二、实验原理
三、实验仪器
四、实验内容及步骤
五、数据记录
六、实验思考
一、基本知识点 1、表面张力
其他相 液相
净力
图1. 液体的表面张力
4
2、表面张力系数
想象在液面上划一条直线，表面张力就表现 为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表层，方向恒与直线垂直，大小与直线 的长度 L 成正比， 即 f ＝α L
在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg
由此，可以得到液体的表面张力：
液体的表面张力系数
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5. 求出α，并与标准值进行比较。
五、数据记录
表1 力敏传感器定标
m/g U/mv
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
灵敏度：K =
mv/N ； 拟合的线性相关系数：r =
.
注：广州地区的重力加速度g=9.788m/s2.
12
金属环外径D1=_________cm,内径D2=_______ cm, 水的温度：T=________℃. 表2 水的表面张力系数测定