液体表面张力系数测量

• 实验室：物理楼320
  

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溶液浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。

1. 液体表面：指液体与气体、液体与固体以及别种不相混合的液体之间的界面。
2. 浸润与不浸润现象：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张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称为浸润；反之为不浸润现象。
3. 表面张力：液体的表面，由于表面层（其厚度等于分子的作用半径，约0.1nm）内分子的作用，存在着一定的张力，称为表面张力。
4. 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存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度L成正比，即f=αL。式中α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，其单位为N/m。它的大小与液体的性质有关。
5. 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。

1. 液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表。
2. 其它装置包括铁架台、微调升降台、装有力敏传感器的固定杆，盛液体的玻璃皿和圆环型吊片。

表面张力相关图片

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3. 测量液体的表面张力系数

1. 比较水的表面张力系数与酒精溶液的表面张力系数，哪种液体的表面张力系数更大？
2. 随着溶液浓度的升高，液体的表面张力将会有怎样的变化？为什么？

• 实验前：认真预习，写出预习报告。包括以下内容：实验目的、实验原理、实验步骤，并画出数据记录表格；
• 实验中：记录必要的实验条件，简要描述观察到的实验现象，认真记录实验数据；及时记录实验中出现的问题和自己的想法等；完成测量后记录实验仪器的规格和型号。
• 实验后：解释实验现象、分析实验数据、得出实验结论，针对实验中出现的问题和想法给予分析讨论；欢迎针对实验教材、实验内容本身或教师的带教方式提出各种意见或建议等。
• 在规定时间内将报告交至指定信箱。

1. 贾玉润等，大学物理实验，复旦大学出版社，1987
2. A.W.亚当森，表面的物理化学，（上册）[M]，顾惕人译，北京；科学出版社，1984
3. 焦丽凤.陆申龙.物理实验，第22卷，2002.7.40－42
4. 顾惕人等，表面化学[M]，北京；科学出版社，1994.20－23
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液体的表面张力系数测量

回复：实验中，为什么我们测量拉断瞬间的两个值 u1，u2，

提示：建议分析吊片脱离液体表面前后的力的平衡方程；关于拉断前张力方向可以参考表面张力性质：表面张力垂直于液体表面任何一条线段并沿着液体表面 ：） 解答：王耀川 2008-10-10

请问老师，为什么u1是拉断前瞬间而不是最大值，虽然说最大值时液膜较厚，但拉断前张力方向并不向下，岂不是两种方法都不准了吗？

拉断前是可以认为力作用向下的,建议在变化过程中仔细观察,电压变化过程中环的位置变化,膜的变化等,然后作受力分析. — 高渊 2010/04/15 15:51

老师，在我的实验过程中，酒精与水混合明显放热，液体温度并非室温，同时周围人的活动，以及液氮实验的同时进行，我觉得必做实验二里液体温度测量的不确定度很大，同一组液体自始至终温度都在变化，实验结果的不确定度很大。这种情况怎么办？

一般测量前搅拌均匀,然后连续测量,尽管这样可能不确定度仍然偏大,但没关系,本实验属于定性半定量实验,只需要研究各个浓度下表面张力的变化,由于你提到的环境温度等影响以及所用力敏传感器精确度容易变化的关系不必强求精确度,其中的误差分析可以在报告中写一下. — 高渊 2010/04/15 15:54

请问公式f=a*π*（D1-D2)怎么推出来的？为什么不是f=a*π*(D1^2-D2^2)?

注意,上面公式错误，括号内应为加号而不是减号,根据表面张力的定义来的.定义了解明白,应该不会得出后面那种公式. — 高渊 2010/04/15 16:22

请问老师：看了前面的回答还是不明白那个公式怎么得出的，也不明白为什么不用拉力的最大值，查了一些资料都说应该用最大值,比如[http://www.springerlink.com/content/tt657m236362x814/]

关于表面张力的公式请参考补充教材第6页上表面张力系数的定义。至于本实验为何不用拉力最大值来计算，需要同学在操作中观察电压的变化，并作受力分析来得出合理的解释。对于此问题若还是有疑问，欢迎来实验室跟老师讨论。— 高渊 2010/09/25 12:22

如果是悬浊液或是乳浊液呢，表面张力会不会受影响？—张赢

一般溶质改变对表面张力都会有所变化，悬浊液或是乳浊液应该也不例外。

老师，我想请问这个实验的相对误差在什么范围内比较合理？

这个实验误差比较大,小于10%比较合理. 主要看误差分析.— 高渊 2011/10/25 10:35

老师，我们普遍发现电压示数上升后回落的现象，是不是由于铝环平面与水平面有倾角造成的？

铝环应调节水平避免有明显倾斜角,电压上升回落属于实验现象,要做受力分析,也非倾斜角造成. — 高渊 2011/10/25 10:35

老师请问表格中的表4是一个汇总吗？总感觉没有什么必要…

表4可以合并在表3中，单独列出来是为了提醒大家对此应该作出比较结论并为此进行分析，大家可以对表格作适当修改。 — 高渊 2011/12/08 10:10

老师，我在实验前的预习中得知，若缓慢进行试验，由于液膜受重力作用和液体蒸发，使得液膜变薄，测量误差变大。实际上，

我在测量第一组数据时就是很缓慢的进行，误差小于百分之三。在第二组试验中为了防止该情况产生，我加快了测量速度， 结果使得液面扰动度大，液膜提前破裂，反而使得我的误差比旁人更大，所以，仍需要缓慢进行试验，请问这样分析正确吗？ — 黄帅淇 2011/12/24 13:46

液膜变薄使得测得电压内包含液膜重力值小不是很好嘛，只要不是太慢导致液膜非自然拉断即可，转动速度也得稳定。 — 高渊 2011/12/26 09:46