液体表面张力系数的测定详解

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【实验目的】1、掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感器的灵敏度2、了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使用方法，并用它测量纯水表面张力系数。

3、观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识4、掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定液体的表面张力系数。

5、利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。

【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面张力系数把金属片弯成如图 1（a）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b）所示，然后把它浸到待测液体中。

当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一个最大值 F（当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。

由于液膜有两个表面，若每个表面的力为（为圆形液膜的周长），则有（2）所以（3）圆形液膜的周长L与金属圆环的平均周长相当，若圆环的内、外直径分别为。

则圆形液膜的周长L≈L’=（D1+D2）/2 （4）将（4）式代入（3）式得（5）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，输出电压大小与所加外力成正比。

即（6）式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为V/N；ΔU 为传感器输出电压的大小。

二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管内上升一定高度。

而当接触角大于90°时，液体在管内就会下降。

这种现象被称为毛细现象。

本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。

实验3-3液体表面张力系数的测量液体表面张力是表征液体物理性质的一个重要参量。

测量液体表面张力系数常用的方法之一是拉脱法，该方法的特点是：用称量仪器直接测量液体表面张力，测量方法直观、概念清晰。

由于用此方法液体表面张力大约在321.010~1.010--⨯⨯N/m 之间，因此需要有一种量程范围小、灵敏度高、而且稳定性好的测力仪器，硅压阻式力敏传感器测定仪正能满足测量需要，它不仅灵敏度高、稳定性好，而且可以用数字信号显示，便于计算机实时测量。

一、实验原理：1、液体表面张力系数：液体的表面，由于表层内分子力的作用，存在着一定张力，称为表面张力，正是这种表面张力的存在使液体的表面犹如张紧的弹性模，有收缩的趋势。

设想在液面上有一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液面以一定的拉力f 相互作用。

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 L α=比例系数α称为一条的表面张力系数，单位N/m 。

它的大小与液体的成分、纯度以及温度有关（温度升高时，α值减小）。

2、拉脱法测量液体表面张力系数：测量一个已知长度的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，从而求得表面张力系数的实验方法称为拉脱法。

若金属片为环状时，考虑一级近似，可以认为脱离力（即：表面张力）为表面张力系数乘以脱离表面的周长。

即：12()f D D απ=⋅+得表面张力系数：12()f D D απ=+ 其中，f 为拉脱力；D 1、D 2分别为圆环的外径和内径；а为液体表面张力系数。

3、力敏传感器测量拉力的原理：硅压阻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4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，电桥失去平衡，产生输出信号，输出电压与所加外力成线性关系，即：U K F =⋅其中，K 为力敏传感器的灵敏度（mV/N ），其大小与输入的工作电压有关；F 为所加的外力；U 为输出的电压。

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.数字电压表图2 液体表面张力测量装置对于本实验装置，工作原理如下：（1）液膜被拉断前：cos F mg f θ=+拉断前瞬间，0θ≈，cos 1θ≈，即：F mg f ≈+；此时，数字电压表示数为U 1，则：1U F mg f K=+=。

（完整版）液体表面张力系数的测定实验报告.docx液体表面张力系数的测定一实验目的1学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。

2深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数二实验原理1液体表面张力由于液体分子之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。

2液体表面张力系数的测量原理图 1如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻提起，则其附近液面呈现如图示的形状，则0时，f方向趋向垂直向下。

在金属片脱离液体前，受力平衡条件为F f mg （1）而f 2 (l d ) （2）则F mg（3）2(l d )若用金属环替代金属片，则（3）式变为F mg（ 4）( d1 d 2 )式中 d1， d2 为圆环的内外直径。

若用补偿法消除mg 的影响，即f F mg则（ 4）式可写为f（ 5）(d1d2 )即为液体表面张力系数。

三实验仪器液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片四实验内容及步骤1仪器调整。

调整仪器水平，刻度盘归零。

2调零。

将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红线三线重合。

3绘制质量标准曲线分别在小纸片上放100mg、 300 mg 、 500 mg 、 700 mg、1000 mg 的砝码，记下对应的刻度盘的示数。

以所加砝码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标准曲线。

4测量纯净水的表面张力系数调零。

用玻璃杯盛大约2/3 的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好浸过水面。

左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。

两手调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。

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dE 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dE 一样时，内外扩散达到平衡。

液体表面张力系数的测定
目的：
采用拉托法测量水的表面张力系数
器材：
液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子、游标卡尺
原理：
1、表面张力的大小和曲线的长度成正比
2、表面膜拉力大小：f=aΔl=а（2πr1+2πr2）=π（D1+D2）а
（D1、D2为圆环内外径，а为液面表面张力系数）
数字式电压表输出：F=（U1-U2）/B
（U1、U2为吊环拉断液柱前后电压表读数，B为力敏传感器灵敏度）
а=（U1-U2）/ [Bπ(D1+D2)]
步骤：
1、开机预热15分钟并清洗玻璃器皿和吊环
2、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上，旋转调零旋钮调零。

在砝码盘依次加入
0.5g\1.0g\1.5g\2.0g\2.5g\3.0g和3.5g的砝码，并读出电压输出值。

用最小二乘法作直线拟合，求B
3、取下砝码盘和砝码，将吊环挂在力敏传感器的钩上。

玻璃皿内放入被测液体并将其安放在升降台上。

在测定a过程中逆时针转动升降台大螺旋帽使液面上升，当环下沿部分浸入液体中改为顺时针，观察环浸入液体的过程和现象。

记下拉断液柱面前一瞬的U1和拉断瞬间的U2。

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 。

液体表面张力系数测定实验的原理液体表面张力系数测定实验的原理1. 引言液体表面张力是指液体表面上分子之间相互吸引的力量。

它是由于表面上的分子受到内部分子的吸引力而呈现出的一种现象。

测定液体表面张力系数可以帮助我们了解液体的性质和特征，以及对于许多领域，如化学、物理和材料科学等的应用具有重要的意义。

本文将介绍液体表面张力系数测定实验的原理。

2. 实验设备和原理在进行液体表面张力系数测定实验时，我们需要使用的主要设备有：测量皿、平衡式天平、毛细管、显微镜、荧光试剂、温度计等。

2.1 液体表面张力测量皿选取液体表面张力测量采用的测量皿是由透明材料制成的，表面应尽量平整，内壁光滑。

因为液体在测量皿的内壁的两层分子产生吸引作用，而在液体表面上只有一层分子，所以液体表面越小，分子间的相互吸引力就越强，表面张力系数越大。

所以为了减小测量误差，测量皿的断面形状应尽量小。

2.2 平衡式天平的选择平衡式天平用于测量毛细管的浸没深度和重力的平衡，从而计算出液体表面张力系数。

天平的灵敏度应当足够高，测量范围应该能够满足实验需求。

2.3 毛细管的选择毛细管用于测量液体的浸没深度。

毛细管的内径应当足够小，这样才能保证液体在毛细管内的升沿高度可以忽略不计。

毛细管的材质应当稳定，不易变形。

2.4 显微镜和荧光试剂的应用显微镜用于观察并测量毛细管内液体的浸没深度。

荧光试剂可以将液体表面张力降低后，可以更加清晰地观察到液体在毛细管内的升沿。

3. 实验步骤接下来，将介绍液体表面张力系数测定实验的具体步骤：3.1 实验前准备- 清洗测量皿和毛细管，确保无灰尘、无杂质。

- 准备荧光试剂，将其稀释至合适浓度。

3.2 进行实验- 将预先准备好的液体倒入测量皿中。

- 将毛细管小心浸入液体中，确保液体完全充满毛细管，并排除气泡。

- 使用显微镜观察毛细管内液体的升沿，测量其高度。

- 将荧光试剂滴入测量皿中，观察其对液体表面张力的影响。

4. 数据处理和分析通过在实验中测量到的浸没深度，可以计算液体表面张力系数。