华南师范大学实验报告
学生姓名学号
专业化学（师范）年级、班级
课程名称物理化学实验实验项目最大泡压法测定溶液的表面张力
实验类型□验证□设计■综合实验时间 2014 年月日实验指导老师实验评分
【实验目的】
1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。
2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。
3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。
【实验原理】
1、表面张力的产生
在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。但在液体表面层的分子却不相同。如图所示：
在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并
指向液体内部的不平衡力（如图所示）。这种吸引力
有使表面积最小的趋势，要使液体表面积增大就必须
要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以分
子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是
表面自由能。
图1. 液体内部和表面层分子受力情况通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能，其单位为J·m-3。而把液体限制其表面增大以及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。
在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。
液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。
液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力
由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。如果液面是水平的，则表面张力也是水平的，平衡时，沿周界的表面张力互相抵消，
此时液体表面内外压力相等，且等于表面上的外压力p 0。
若液面是弯曲的，平衡时表面张力将产生一合力p s ，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与p 0不同。
当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为p=p 0+p s 当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为p=p 0-ap s 。 这一合力p s ，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率中心。
附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：
R P S σ2=
式中σ为表面张力，R 为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况。 3、毛细现象
毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力 ?P = ρ g h ，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。这就是毛细管上升法测定溶液表面张力的原理。此方法要求管壁能被液
体完全润湿，且液面呈半球形。 4、最大泡压法测定溶液的表面张力
实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置图如（图2）所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系
统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力(Δp ＝ p 大气 － p 系统) 在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式。
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R 和毛细管半径r 相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R 变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R ＝ r 时的最大附加压力为：
最大最大最大或h g p r r p ??==
?ρσσ2r
=22 图2.
最大气泡压力法测表面张力装置
对于同一套表面张力仪，毛细管半径r ，测压液体密度、重力加速度都为定值，因此为了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数K 来表示，上式简化为：
最大
h K ?=σ式中的仪器常数K 可用已知表面张力的标准物质测得，通常用纯水来标定。 5、溶液中的表面吸附
在定温下纯液体的表面张力为定值，只能依靠缩小表面积来降低自身的能量。而对于溶液，既可以改变其表面张力，也可以减小其面积来降低溶液表面的能量。通常以降低溶液表
面张力的方法来降低溶液表面的能量。
当加入某种溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。
根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：
T C RT C Γ?
?? ??-=d d σ 式中，Г为溶质在表层的吸附量；σ为表面张力；c 为吸附达到平衡时溶质在溶液中的浓度。
当界面上被吸附分子的浓度增大时，它的排列方式在改变着，最后，当浓度足够大时，被吸附分子盖住了所有界面的位置，形成饱和吸附层。这样的吸附层是单分子层，随着表面活性物质的分子在界面上愈益紧密排列，则此界面的表面张力也就逐渐减小。
以表面张力对浓度作图，可得到σ-c 曲线。开始时σ随浓度增加而迅速下降，以后的变化比较缓慢。在σ-c 曲线上任选一点a 作切线，得到在该浓度点的斜率经，代入吉布斯吸附等温式，得到该浓度时的表面超量（吸附量），同理，可以得到其他浓度下对应的表面吸附量，以不同的浓度对其相应的Г可作出曲线，Г ＝ f （c)称为吸附等温线。
溶液中的表面吸附--被吸附分子截面积计算
饱和吸附量∞Γ：对于正丁醇的吸附等温线，满足随浓度增加，吸附量开始显著增加，到一定浓度时，吸附量达到饱和，因此可以从吸附等温线得到正丁醇的饱和吸附量∞Γ。
也可以假定正丁醇在水溶液表面满足单分子层吸附。根据朗
格谬尔(Langmuir)公式：
kC kC
ΓΓ+=∞
1
∞Γ为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г，
∞∞∞+=+=k ΓΓC k ΓkC ΓC 11以c/Г对c 作图，得一直线，该直线的斜率为1/∞Γ。
被吸附分子的截面积：S0= 1 / (
∞ΓN) ( N 为阿佛加得罗常数)。
吸附层厚度：
ρ
δM
Γ∞=
，溶质的密度ρ，分子量M 。
【仪器与试剂】
最大泡压法表面张力仪1套；吸耳球1个；移液管(50mL ，1支、1mL ，1支)； 烧杯(500mL ，1只)；温度计1支；正丁醇(A.R.)；蒸馏水。
【实验步骤】
1、仪器准备与检漏
将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U 型管测压计两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2～3min 内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。 2、仪器常数的测量
打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5 ～ 10 s 。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。再由手册中，查出实验温度时，水的表面张力σ水，则仪器常数 最大
水
h K ?=
σ
3、表面张力随溶液浓度变化的测定
用移液管分别移取0.0500mL ，0.150mL ，0.300mL ，0.600mL ，0.900mL ，1.50mL ，2.50mL,3.50mL,4.50mL 正丁醇，移入9个50mL 的容量瓶，配制成一定浓度的正丁醇溶液。然后由稀到浓依次移取一定量的正丁醇溶液，按照步骤2所述，置于表面张力仪中测定某浓度下正丁醇溶液的表面张力。随着正丁醇浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。
【数据处理】
1、原始实验数据如下：
V 正丁醇(mL) m 正丁醇(g) c 正丁醇
(mol/L) h 1 h 1’ Δh 1 h 2 h 2’ Δh 2 h 3 h 3’ Δh 3 (cm)
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) 0
10.5 3.7 6.8 10.6 3.7 6.9 10.5 3.7 6.8 6.8
0.05 0.041 0.011 10.7 3.7 7.0 10.6 3.7 6.9 10.6 3.7 6.9 6.93 0.15 0.121 0.033 10.2 3.9 6.3 10.2 4.0 6.2 10.2 3.9 6.3 6.3 0.30 0.243 0.066 10.0 4.2 5.8 9.9 4.1 5.8 9.9 4.2 5.7 5.77 0.60 0.486 0.131 9.6 4.6 5.0 9.6 4.6 5.0 9.6 4.6 5.0 5.0 0.90 0.729 0.197 9.5 4.9 4.6 9.4 4.8 4.6 9.5 4.9 4.6 4.6 1.50 1.210 0.328 9.0 5.0 4.0 9.0 5.0 4.0 9.1 5.1 4.0 4.0 2.50 2.020 0.546 8.7 5.4 3.3 8.7 5.4 3.3 8.7 5.4 3.3 3.3 3.50 2.830 0.765 8.5 5.6 2.9 8.5 5.6 2.9 8.5 5.6 2.9 2.9 4.50 3.640 0.983 8.3 5.9 2.4 8.3 5.9 2.4 8.3 5.8 2.5 2.43
表1. 实验数据记录表
2、计算仪器常数K 和不同浓度正丁醇溶液的表面张力σ，绘制σ-c 等温线。
在室温为23℃时水的表面张力为72.28mN ·m -1
（1）计算仪器常数K=10.28nN/m -2
（2）根据σ=K △h 最大计算不同浓度正丁醇溶液的表面张力
(cm) σ(mN·m-1) c正丁醇(mol/L) h
0 6.83 10.6559
0.0109 6.93 73.8456
0.0328 6.26 66.7061
0.0656 5.77 61.4847
0.131 5.00 53.2796
0.197 4.60 49.0173
0.328 4.00 42.6237
0.546 3.30 35.1646
0.765 2.90 30.9022
0.983 2.43 25.8939
表2. 不同浓度正丁醇溶液的表面张力和浓度比对表
③绘制σ - c等温线
代入各点求出斜率分别如下
浓度斜率
0.0109 -0.3237
0.0328 -0.2409
0.0656 -0.1413
0.1310 -0.0944
0.1970 -0.0563
0.3280 -0.0412
0.5460 -0.0266
0.7650 -0.0211
0.9830 -0.0128
图附：使用origin进行曲线斜率测量的局部截图
2、根据吉布斯吸附等温式，求出Г，c/Г。
c正丁醇(mol/L)
dσ
/dc(mN·L·m-1·mol-1)
Г(mol/m2) c/Г(m-1)
0.0109 -0.3237 0.0014 7594.0127
0.0328 -0.2409 0.0032 10204.1591
0.0656 -0.1413 0.0038 17396.8997
0.131 -0.0944 0.0050 26040.0628
0.197 -0.0563 0.0045 43662.2012
0.328 -0.0412 0.0055 59664.6098
0.546 -0.0266 0.0059 92412.8543
0.765 -0.0211 0.0066 116501.5130
0.983 -0.0128 0.0051 192045.4629
表3.不同浓度正丁醇溶液的dσ/dc、Г、c/Г和浓度比对表绘制Г-c，(c/Г)-c等温线。求饱和吸附量Г∞，并计算正丁醇分子截面积S0和吸附单分子层厚度d。
图5. Г - c等温线
观察图5可得，Г∞≈8×10-6mol/m2
图6. (c / Г) - c等温线
由图6斜率可得，Г∞≈5.88×10-6mol/m2
由于使用Г-c作图方法过于粗糙，而且观察存在较大误差，故不使用直接观察法，而采用朗格缪尔公式，Г∞为图6直线斜率的倒数，求出Г∞较为准确可信。
继而求出被吸正丁醇截面积S0=0.281923715nm2 ,吸附层厚度d=436nm
【结果讨论】
1、参考文献S正丁醇=0.274-0.289nm2，与本组实验数据基本吻合，证明本组实验相对较为成功，得出结果基本符合现实。而实验所得d=436nm大小比单个有机分子的直径略大，分析有如下原因：正丁醇分子间存在氢键，其相互结合的能力或与水层结合的能力相比较强，因此容易形成双分子层吸附或多分子层吸附，使得实验测量吸附层厚度偏大。
2、本次实验的关键为毛细管与液面相切，需要对事先对毛细管进行清洗（如有必要可以使用超声波清洗机），清洗后可以用去离子水进行多次训练，确保实验时可以做到相切；另外一个重要影响因素为控制气泡冒出速率，控制得当气泡冒出均匀且间距适当，本组实验气泡冒出间距约为8个/min，较好地保证了读数的准确。
3、由原理可知，最大泡压法仅适用于稀溶液，当溶液浓度不断增大，达到一定浓度（如本组实验的0.983 mol/L）时，将会出现较大偏差，数据处理时应适当地舍弃部分不适的点，保证所得曲线线性良好，便于后续分析。
4、Г∞的确定时有两种方法，第一种方法简单直接，但由于大多数情况数据并不十分完好，并不能看到随着浓度增加吸附量达到饱和的现象（曲线上表现为趋于平坦），因此使用该方法会引入较大误差，且本身该方法涉及直接观察，更容易由于人为因素引入误差，不符合科学探究的宗旨；本组使用的是朗格缪斯公式，但使用朗格缪斯公式的前提是假定吸附为单分子层，而后续计算发现实际上吸附并非单分子层，于是该方法本身使用已经存在系统误差，但考虑到吸附层厚度相差不大，故该方法依然适用，但将会引入不可避免的误差。
【参考文献】
[1]何广平，南俊民等.物理化学实验[M].北京：化学工业出版社，2008：114-119
[2]杨慧文,雷彤等.采用Origin软件处理溶液表面张力测定的实验数据[J].科教文
汇,2010,01:9-101
[3]肖信.Origin8.0实用教程[M].北京：中国电力出版社，2009:171
竭诚为您提供优质文档/双击可除最大气泡法实验报告 篇一：最大气泡法测表面张力实验报告 最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量,由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加
分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 ?w=???A 如果ΔA为1m2，则-w′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是n·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。（4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
竭诚为您提供优质文档/双击可除乙醇表面张力系数的测定实验报告 篇一：溶液表面张力测定实验报告 学号：20XX14120222 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定应用化学二班班级03 组号实验人姓名：xx同组人姓名：xxxx 指导老师：杨余芳老师实验日期：20XX-11-12 湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的 1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积s； 4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装
置如图一所示。 图一中A为充满水的抽气瓶；b为直径为0.2～0.3mm的毛细管；c为样品管；D为u型压力计，内装水以测压差；e 为放空管；F为恒温槽。 图一最大泡压法测液体表面张力仪器装置图 将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压）， 毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由u型压力计上读出。 若毛细管的半径为r，气泡从毛细管出来时受到向下的 压力为： pmax?p大气?p系统??h?g 式中，△h为u型压力计所示最大液柱高度差，g为重 力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。 气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2 πr?γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等： ?rr2pmax??r2?h?g?2?r 2 r??r2?h?g?2?r??rp???h?g
xx 大学实验报告 一【实验目的】 （1） 掌握力敏传感器的原理和方法 （2） 了解液体表面的性质，测定液体表面张力系数。 二【实验内容】 用力敏传感器测量液体表面的张力系数 三【实验原理】 液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。 这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。 测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少，表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零。这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。 假如在液体中浸入一块薄钢片，则钢片表面附近的液面将高于其它处的,如图1所示。 由于液面收缩而产生的沿切线方向的力Ft 称之为表面张力，角φ称之为接触角。当缓缓拉出钢片时，接触角φ逐
渐的减小而趋于零，因此Ft方向垂直向下。在钢片脱离液体前诸力平衡的条件为 F = mg + F t （1）其中F是将薄钢片拉出液面的时所施加的外力，mg为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。表面张力Ft与接触面的周长2(l+d)成正比，故有Ft = 2σ(l+d),式中比例系数σ称之为表面张力系数，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。将Ft代入式（1）中得 （2） 当用环形丝代替薄钢片做此实验时，设环的内外直径为D1、D2,当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差 f = F–m g =π(D1+D2)σ,此时 （3）只要测出力f和环的内外直径，将它们代入式(3)，即可算出液体的表面张力系数σ。式中各量的单位统一为国际单位。 四【实验仪器】 （1）FD—NST—B 液体表面张力系数测定仪。 （2）砝码六个，每个质量 五【实验步骤】 （1）开机预热。 （2）清洗玻璃器皿和吊环。 （3）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。 （4）将砝码盘挂在力敏传感器上，对力敏传感器定标。 （5）挂上吊环，测定液体表面张力系数。当环下沿全部浸入液体内时，转动升降台的螺帽，使液面往下降。 记下吊环拉断液面瞬间时的电压表的读数U1，拉断后瞬间电压表的读数U2。则f=(U1-U2)/B 六【实验注意事项】 （1）轻轻挂上吊环，必须调节好水平。 （2）在旋转升降台时，尽量是液体的波动要小。
物理化学实验最大气泡压力法测定溶液表面张力C210 2010-04-12 T=286.15K P=85.02kPa 一、实验目的 1.掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和方法 2.测水溶液的表面张力并计算定不同浓度正丁醇计算吸附量 3.加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解 二、实验原理 处于溶液表面的分子,受到不平衡的分子间力的作 用而具有表面张力s. 气泡最大压力法测定表面张力装置见实物；实验中 通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降，大气压与体系 压力差△p逐渐把毛细管中的液面压至管口，形成气泡。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的； 当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最 大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球 形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达 最小值，根据拉普拉斯公式得:附加压力达最大值ΔP max =σ/r min。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小， 直到气泡逸出。 加入表面活性物质时溶液的表面张力会下降,溶质 在表面的浓度大于其在本体的浓度,此现象称为表面吸 附现象; 单位溶液表面积上溶质的过剩量称为表面吸附量Γ, Γ=-(c/RT)*( dσ/dc). 对可形成单分子层吸附的表面活性物质，溶液的表面吸附量Γ与溶液本体浓度c之间的关系符合朗格谬尔吸附等温式: Γ=Γ∞*kc/1+kc 朗格谬尔吸附等温式的线性形式为: c/Γ=c/Γ∞+1/kΓ∞ Γ∞为饱和吸附时,单位溶液表面积上吸附的溶质的物质的量，则每个溶质分子在溶液表面上的吸附截面积为:A m=1/(N A*Γ∞) 三、仪器与试剂 恒温槽装置；数字式微压差计； 抽气瓶l个；表面张力测定仪 烧杯（1000mL）；T形管1个； 电导水； 正丁醇（A.R.）及其不同浓度的标准溶液； 四、实验步骤 1．仪器常数的测定 将表面张力测定仪清洗干净；在干净的表面张力测定仪中装入电导水，使毛细管上端塞子塞紧时，毛细管刚好与液面垂直相切；抽气瓶装满水，连接好后旋开下端活塞使水缓慢滴出；控制流速使气泡从毛细管平稳脱出（每个气泡4-6秒），记录气泡脱出瞬间数字微压差计的最大数值，取三次并求平均值。 2.测定正丁醇溶液的表面张力 用同样的方法测定不同浓度的正丁醇溶液的最大压差，由稀到浓依次测定；每个浓度的溶液测量前，表面张力测定仪和毛细管一起用该溶液荡洗二至三次；每份溶液恒温至少3－5min之后，开始读数。 3. 重复测定电导水的数据。 注意事项:仪器系统不能漏气；测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定的流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗；毛细管端口一定要刚好垂直切入液面，不能离开液面，但亦不可深插；在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出是的最大压力差；正丁醇溶液要准确配置，使用过程防止挥发损失；从毛细管口脱出气泡每次应为一个，即间断脱出；表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。
液体表面张力系数的测定 ［实验目的］ 1、了解液体表面张力性质以及表面张力系数的含义和影响因素. 2、理解拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理，了解测量方法。 3、了解用液体界面张力仪定标测量微小力的思想和方法。 4、了解液体界面张力仪的调节使用方法和校准方法。 5、熟悉实验的具体内容. 6、拟定出合理的实验数据记录表格. [实验原理] 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。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,用来度量表面张力的大小。表面张力系数不仅与液体的种类有关,而且还与温度、纯度、表面上方的气体成分等有关.物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关,如毛细现象、浸润现象等。因此，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。拉脱法是一种直接测定法，通过物体的弹性形变（拉伸或扭转)来度量力的大小,如扭力天平法、焦力称法等。 实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数。通过实验可以重点学习如下内容:（1)实验方法:测量液体表面张力系数的拉脱法。（2)测量方法:用液体界面张力仪定标测量微小力的方法。(3）数据处理方法:质量标准曲线的绘制方法.（4）仪器调整使用方法:液体界面张力仪的调整使用方法。 ［实验内容］ 1、整液体界面张力仪水平和零点，达到待测状态. 2、准液体界面张力仪。 (1)金属环上放一块小纸片,仪器调零。包括两个方面的调节：第一,调节刻度盘蜗轮，使零刻度线与游标零线重合,即读数为零;第二,调节调零微调蜗轮，使吊杆臂上的指针与平面反射镜的红线重合。 （2)在小纸片上放质量0.０005kg的砝码,测量金属环单位长度的受力Ｆ，即调节刻度盘蜗轮使指针与红线重合时刻度盘的读数. （3)计算理论值F０=ｍg/π(d１＋d2）。 （4)比较测量值Ｆ与理论值Ｆ0，如果二者相等，说明校准准确;若不相等，调节两个吊杆臂，保证两臂的长度等值缩短或伸长,使刻度盘上的读数Ｆ与理论值F0相等.重复测量几次,直至二者一致为止. 3、测量绘制质量标准曲线。 (1)仪器校准后，放置不同质量m的砝码,记录刻度盘的读数f。 (2)以m为横坐标f为纵坐标绘制质量标准曲线。
液体表面张力实验报告 实验原理： 实验一、一元硬币上能承载几滴水? 水是由水分子组成，它们之间不是独来独往的，而是互相吸引，甚至三三两两地结合。处在中间的水分子受到来自四面八方的其他水分子的包围，受力均匀。可是处在水面的水分子情况不同，它的一面与空气接触，没有来自其他水分子的吸引力，使得它受力不均匀，水的表面好像一块张紧的弹性薄膜。 由于液体的表面有这种奇特的存在，就使得液体的表面总是处在被绷紧的状态，并尽量收缩到最小。由于在体积相同的条件下，球的面积最小，所以在表面张力的作用下，肥皂泡、小露珠、水银滴等也
就都收缩成球形了。一元硬币上能承载的水滴也相应增加了。 实验二、订书针、一分硬币能浮在水面上吗? 小木块入水后,撤掉压力还能上浮是因浮力作用，而订书针、硬币入水后,由于表面张力被破坏下沉,原来浮在水面是因水的表面张力。 其实科学就在我们的身边，就在我们的生活中，你也可以和爸爸妈妈一起动手做一做，亲自去感受去体验，做个科学小达人吧！ 处于表面的液体分子（球状模型，液体分子排列紧密），以分子B为中心的球面中的一部分在液体当中，另一部分在液面之外，由于对称性可知，CC'和DD'之间部分的受到的合力等于零；对B有效的作用力是由球面内DD'以下的部分受到的向下合力。由于处在边界内的每—个分子都受到指向液体内部的合力，所以这些分子都有向液体内部下降的趋势，同时分子与分子之间还有侧面的吸引力，即有尽量收缩表面的趋势。
以最简单的气液相界面为例，液相内分子周围所受的力是对称的，彼此相互抵消，但表面层分子由于受力不均衡，其结果受到垂直指向液体内部的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果要扩大表面就要把内层分子移到表面上来，这至少需要克服表面分子的拉力而做功。实际上液体分子内部所受的力是分子间作用力当然也包括氢键。因此，简单地说表面张力是范德华力和氢键微观作用在宏观上的表现。
最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 W=A σ-?g 如果ΔA 为1m 2，则-W ′=σ是在恒温恒压下形成1m 2新表面所需的可逆功，所以σ称 为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m -2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m -1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 （4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。 3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
表面张力实验报告 励耘化学 黄承宏 2 量具名称 量程 分辨力 误差限 测量 游标卡尺(mm) 150.00 0.05 0.05 D1,D2 1 2 3 平均值 内径 D1(mm) 33.15 33.15 33.05 33.12 外径 D2(mm) 34.80 34.75 34.85 34.80 D1+D2(mm) 67.95 67.90 66.90 67.92 编号 1 2 3 4 5 6 7 质量/g 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 砝码重力/N 0.0049 0.0098 0.0147 0.0196 0.0245 0.0294 0.0343 示数/mV 2.0 3.1 5.2 6.8 8.3 10.2 11.9 灵敏度B 为0.3426N/V 1 2 3 4 5 6 平均值 U1/mV 7.8 8.6 8.7 9.1 9.2 9.4 8.8 U2/mV 1.7 3.1 3.2 3.1 3.5 3.0 2.9 U1-U2 6.1 5.5 5.5 6.0 5.7 6.4 5.9 由公式水的表面张力α=Bπ（D1+D2)= 0.3426?3.14159?0.6792 N/m=8.07×10-3 N/m 误差 71.96?8.070 71.96 ×100%=88.79% 肥皂水表面张力系数测试 y = 0.3426x + 7E-05R2 = 0.9973 00.002 0.0040.0060.0080.010.012 0.0140 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 示数/V 重力/N
有关表面张力的几个小实验 作者：admin 转贴自：本站原创点击数：123 更新时间：2006-6-17 资讯录入：admin （1）水面浮针或浮硬币：由于它们经常和手接触，所以针和硬币表面有一层油脂，使水对它们不浸润。如果再用油脂涂一下更易成功。漂浮硬币时可以不用纸去托，轻轻地向水面上平放即可。 课本上的“缝衣针浮在水面上”的小实验，比较难做，可以让学生先做浮硬币的实验（用5分硬币比较容易成功）． 做浮针实验时可以用一小块餐巾纸托住钢针放入水面，餐巾纸吸水后下沉，钢针就能浮于水面。 （2）肥皂水膜的表面收缩到最小：用金属丝制成图③所示的框架，浸入肥皂水中，提出后可看到图中的活动细金属丝AB 被肥皂水膜的表面张力拉着而向上运动，需加一定拉力，AB才能静止平衡。 （3）水超过杯口不溢：向饮水用的玻璃杯中小心地注满水，使水面恰好与杯口相平，注意杯口原来应当是干燥的。然后把大头针或小钉逐个地放入水杯中，要从水面的中间投放，尽量减轻水面的扰动。可以看到水面逐渐凸起高于杯口但不溢出，以此说明水的表面张力的作用。 （4）表面活性剂能改变水的表面张力：在水盆中央漂浮几根火柴棍，排成图④所示的形状。然后向它们中间A处的水面上滴一些肥皂水或洗衣粉溶液或洗净剂等这类表面活性剂，就会看到火柴棍迅速向四周散开。这说明表面活性剂使A处水面的张力变小了，外面四周的水面收缩而使火柴棍移动。 （5）失重的油滴 水银滴在失重状态下，由于表面张力的作用呈球形，这个现象可以用悬浮状态下的油滴来模拟说明。往小酒杯内倒入约半杯酒精（或高度白酒），再加少量水并搅匀。滴管吸入半管食用油，伸入酒精溶液中，将油一次挤出。如果油滴成偏球形且沉于杯底，可向杯中加少量水使溶液密度变大，并用火柴梗轻轻搅动偏球形油滴的四周（不要使油滴分裂成许多小滴），与此同时可以看到偏球形油滴上浮，最后呈球形悬浮在溶液中。这说明在消除重力对油滴的影响后，仅在表面张力的作用下，油滴呈球形，如图5所示。
用拉脱法测定液体表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同， 液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密 度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解326FB 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行 定标的方法，计算该传感器的灵敏度。 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．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面收缩的表面张力f 沿液面的切线方向，角?称为湿润角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f 均垂直向下，设拉起液膜破 裂时的拉力为F ，则有 f g m m F 2)(0++= （1） 式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，0m 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 απ?+=)(2外内D D f （2） 比例系数α称为表面张力系数，单位是m N /。α在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。 ) ()(0外内D D g m m F ++-= πα （3） 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m 很小可以忽略，于是公式简化为：
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定 1.1 实验目的及要求 1.了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。 3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。 1.2实验原理 1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功。可以表示为： -δw '＝σdA (1) 式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。 显然σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ称为表面自由能，其单位是2 -?m J 。此单位可化为牛顿每米（1 /-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。 2.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“溶液表面的吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量( )3 -?dm mol 单位 ;σ为溶液的表面张力( )2 -?m J ； T 为热力学温度；c 为溶液浓度()3-?dm mol 单位；R 为气体常数。 当0Γ称为正吸附；反之，当0>??? ??T dc d σ时，0<Γ称为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质
【目的要求】 1. 了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 3. 通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横载面积。 4. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 5. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 【基本原理】 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可 是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子， 一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到 液面外部气体分子的吸弓I,而且前者的作用要比后者大。 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指 向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液 体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要 图1分子间作用力示意图 反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以 说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J. m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力， 其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗 的可逆功A为： -A= ΔG= σΔS 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体 不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降 低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的 表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式（GibbS）表示： ⑴式 式中，Γ为表面吸附量（mol.m-2）; σ为表面张力（J.m-2）; T为绝对温度（K） ;C为溶液浓度（mol/L ）; 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
浙江万里学院生物与环境学院 化学工程实验技术实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 （1）实验目的 1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术 2、通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解 3、学习使用Matlab 处理实验数据 （2） 实验原理 1、 表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面A ?，则需要对其做功。功的大小应与A ?成正比：-W=σA ? 2、 溶液的表面吸附：根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比 溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式 T c RT c )(??- =Γσ (1)当00，溶质能减少溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附，此类物质叫表面活性物质。（2）当0>??? ????T c σ时，Γ<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶 液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附，此类物质叫非表面活性物质。由 T c RT c )(??- =Γσ 可知：通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。 3、 饱和吸附与溶质分子的横截面积：吸附量Γ浓度c 之间的关系，有Langmuir 等温方程 式表示：c K c K ·1·+Γ=Γ ∞
数据记录参考格式（计算时注意单位换算） 温度： 24℃水的表面张力：0.07218N/m 仪器常数K：0.1104 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.654 0.604 0.55 0.486 0.403 0.346 0.29 0.07191 0.05568 276 0.05070 45 0.04480 434 0.03715 257 0.03189 774 0.0267351 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.07191 0.05568 3 0.05070 5 0.04480 4 0.03715 3 0.03189 8 0.026735 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 -0.2153 -0.18997 -0.1646 4 -0.1393 1 -0.1139 8 -0.0886 5 -0.0633 2 0 3.831400 4465E-06 6.64106 7216E-0 6 8.42900 03085E- 06 9.19519 9724E-0 6 8.93966 54625E- 06 7.66239 7524E-0 6 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 3.81E-0 6 6.64E-0 6 8.43E-0 6 9.20E-0 6 8.94E-0 6 7.66E-06
六．注意事项: 1．所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。 2．读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 3．手动做切线时，可用镜面法。 七．思考题: 1．毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切? 如果毛细管端口插入液面有一定深度，对实验数据有何影响？ 答：如果将毛细管末端插入到溶液内部，毛细管内会有一段水柱，产生压力P ˊ，则测定管中的压力Pr会变小，△pmax会变大，测量结果偏大。 2．最大泡压法测定表面张力时为什么要读最大压力差？如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有无影响？ 答：如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据拉普拉斯(Laplace)公式，此时能承受的压力差为最大：△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。最大压力差可通过数字式微压差测量仪得到。 如气泡逸出速度速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定；致使压力计的读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。 3．本实验为何要测定仪器常数？仪器常数与温度有关系吗？ 答：因为用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力为γ1，γ2，压力计测得压力差分别为△P1，△P2，则γ1/γ2=△P1/△P2 ，若其中一液体γ1已知，则γ2=K×△P2其中K=γ1/△P1，试验中测得水的表面张力γ1，就能求出系列正丁醇的表面张力。 温度越高，仪器常数就越小 实验总结： 通过本次试验我基本掌握了实验仪器的基本操作！增强了实验数据的分析处理！
南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：液体表面张力系数的测定 学院：管理学院专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：基础实验大楼608 座位号： 实验时间：第三周星期天下午四点开始
液体表面张力系数的测定实验报告 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】 液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩．犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有： =α F? L f α称为液体表面张力系数，单位：N/m。 将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F=mg+f。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f为表面张力。实验中利用金属圆环，则： f=F-mg 【实验步骤】 1．安装好仪器，挂好弹簧．调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体．使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调整小游标的高度使小游标左侧的
基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉．然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合．当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”)，读出游标0线对应刻度的数值L 0. 2．测母弹簧的倔强系数K ：依次增加1.0g 砝码．即将质量为1.0g ，2.0g ．3.0g ，…，9.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1．L2，…，L9；再逐次减少1.0g 砝码．调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数L9’，L8’，…．L0’，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即 2 L -i i i '= L L )-(5154 i i i L L L +=∑=? 3．测(F 一mg)值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的高度使三线对齐．记下此时游标0线指示读数S 0。把装有蒸馏水的烧杯置于焦利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属圆环刚好脱出液面为止，记下此时游标0线所指示的读数S ，算出△S=S —S 0的值，即为在表面张力作用下弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=f=K △S 代入可得: ） （21d d s k +?= πγ
溶液表面张力的测定测定 姓名：夏胜军学号：2015011944 班级：材52同组：韦尧洁 实验日期：2016年11月17日提交报告日期：2016年11月22日 助教：段炼 1 引言 1.1 实验目的 1.1.1 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。 1.1.2 根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。 1.1.3 掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 1.2 实验原理 在液体内部，任何分子受周围分子的吸引力是平衡的。可是表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，所以，表面层的分子处于力不平衡状态，表面层的分子比液体内部分子具有较大势能，如欲使液体产生新的表面，就需要对其做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA 所需做的功为 γdA =δW - （1） 比例系数γ表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其数值等于作用在界面上每单位长度边缘的力，称为表面张力。 纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，由于溶质使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，表面层溶质的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度及溶液的表面张力随浓度的变化率有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯公式： p T dc d RT c ,??? ??- =Γγ (2) 式中：Γ为表面吸附量（mol ?m -2）；γ为表面张力（N ?m -1）；c 为溶质的浓度（-3m mol ?）； T 为热力学温度（K ）；R 为摩尔气体常数（8.314-1K mol J ??）。 Γ值可正可负，正值为正吸附，负值为负吸附。显然，Γ不仅能表明吸附的性质，
液体表面张力及实验探讨 摘要：日常生活中人们对表面张力的概念很少提及，但有关表面张力的现象却是很常见的。本文在研读文献的基础上，从分子力的角度对表面张力的概念进行了阐释，然后分析了影响表面张力大小的因素。在一些现象中人们通常会将表面张力与浮力相混淆，本文设计了三个简便易行的实验，通过实验现象的观察及分析，说明表面张力和浮力的不同作用。最后，由于表面张力在人体的呼吸过程中起着重要作用，本文在研读文献的基础上给与归纳、描述，并且从表面张力的角度分析了人体在高烧的时候，呼吸加快的原因。本文意在通过简洁的论述和图示，让人们了解表面张力及其在生活中的应用。 关键词：表面张力；浮力；呼吸过程 一、问题的提出 日常生活中人们对表面张力的概念很少提及，但有关表面张力的现象却是很常见的。如：日常生活中人们见到的液滴往往呈球形，是液滴表面张力作用的结果。下雨天人们使用的雨伞是布面的，有微小的缝隙却不漏雨，是雨水表面张力作用的结果。在人体每时每刻的呼吸中，表面张力同样起着非常重要的作用：表面张力使大小不同的肺泡保持一定的形状，不会使大肺泡因扩大而爆裂，也不会使小肺泡因缩小而萎陷；表面张力的这种变化是肺泡表面活性物质所起到的调节作用。用纯水很难吹出泡泡，然而往水中加入一些表面活性物质，就可以很容易的吹出又大又圆的泡泡了。同样，往洗涤剂中加入表面活性物质，不仅可以使洗涤剂更好的溶于水，还可以增强衣物的浸湿效果，更有效的去除污迹。可以说表面张力与人们的日常生活形影不离，要很好的利用表面张力，就要了解表面张力的含义。 二、表面张力的概念 （一）相关概念 1．分子力 物质是由分子构成的，分子间的相互作用，叫做分子力。如图（1）所示，当分子之间的距离等于10-10m时，分子间的引力等于斥力，对外不显示力的作用，因此10-10m叫做分子的平衡距离，用r0表示。当分子间的距离小于平衡距离时，分子力表现为斥力；当分子间的距离大于平衡距离时，分子力表现为引力。当分子间的距离大于10-9m时，引力和斥力消失，分子力为零。所以，分子间的作用力属于短程力。
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 5 实验台号 实验时间 2008 年 12 月 03 日，第15周，星期 三 第 5-6 节 实验名称 水表面张力系数的测定 教师评语 实验目的与要求： （1） 理解表面张力现象。 （2） 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 主要仪器设备： FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。 实验原理和内容： 分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示 对液体表面张力的理解和解释： 在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。 计算张力时可以做如下的假设：想象在表面层上有一条长度为L 的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于L ，即f=αL（α为液体表面张力系数）。 实验中， 首先吊环是浸润在水中的， 能够受到表面张力的拉力作用。 测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f 拉。由于忽略水膜的重力和浮力， 成 绩 教师签字
吊环一共受到三个力，即重力W 、液面的拉力f 拉、传感器的弹力F F f W =+拉 试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的f 拉，就是表面张力f 。 圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内、外直径分别为D 1、D 2,则界限长度 L=πD 1+πD 2。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有 12F απ=（D +D ） 水膜被拉断前传感器受力F 1 112F απ=（D +D ）+W 在水膜拉断后传感器受力F 2 2F =W 由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为 ) (212 1D D F F +-= πα 步骤与操作方法： （1）力敏传感器的定标 i. 开机预热10分钟。 ii. 将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。得到U-G 关系， 完成传感器的 定标。 （2）水的表面张力及吊环内外径的测量 i. 测量吊环的内径D 1和外径D 2（各测量4次取平均）。 ii. 严格处理干净吊环。先用NaOH 溶液洗净，再用清水冲洗干净。 iii. 在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要， 细 微的水平位置偏差将导致结果出现误差）。 iv. 升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。观察环浸入液体中及从液体中 拉起时的物理过程和现象，记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V 1和拉断后的电压表读数V 2（该步骤重复8次）。
液体表面张力实验报告 液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、du Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。由于动力学法本身较复杂, 测试精度不高, 而先前的数据采集与处理手段都不够先进, 致使此类测定方法成功应用的实例很少。因此, 迄今为止, 实际生产中多采用静力学测定方法。 毛细管上升法 测定原理: 将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。则表面张力:γ=ρghr*r/(2cosθ) 式中γ为表面张力, r 为毛细管的半径, h 为毛细管中液面上升的高度, ρ为测量液体的密度, g 为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接
触角。 Wilhelmy 盘法 用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为: 式中,W 总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l 为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角 悬滴法 悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为: 式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O 为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O 处的静压力。 定义:S= ds/de