圆环横截面积对表面张力系数测定的影响

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
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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
次数 U1/mV U2/ mV Δ(U 1U2)/ mV α/(×103N/m)
1
2
3 4 5
内径D1/mm
外 经 D2/ mm
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（3）结果表示
α αi 5
i 1
2 α α i i 1 n
5
=
Uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n( n 1 )

α= Eα=
21
五、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：
电压表读数达到最大值，此时有
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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。
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3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
在液膜拉破后瞬间有：
8
二、实验仪器
1. 实验装置
1.底座及调节螺丝 4.金属片状圆环 6.数字电压表
2.升降调节螺母 3.培养皿 5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳
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2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器

实验6 液体表面张力系数的测定表面张力是表征液体性质的一个重要物理参数。

利用表面张力可以解释许多液态物质所特有的现象，如毛细现象、肥皂泡的形成、大头针在液面上漂浮、小昆虫在液面上自由行走等。

测量液体的表面张力系数有多种方法，分静力学法和动力学法两类。

静力学法有毛细管法、拉脱法、滴重法、最大气泡压力法等；动力学法有震荡射流法、毛细管波法等。

由于动力学法本身较复杂，测试难度大、精度不高，因此实际生产实验中多采用静力学方法。

本实验采用的就是其中的拉脱法来测量液体的表面张力系数。

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。

为了能对液体表面张力系数有更深刻的认识，在对水的表面张力系数进行测量以后，还可对不同浓度的酒精溶液或乙醚、丙酮溶液进行测量，通过对比实验数据来研究表面张力系数随液体的变化情况，从而加深对液体表面张力的理解。

实验预习思考题1、什么叫液体的表面张力？它的形成原因是什么？2、液体的表面张力系数是如何定义的？影响液体表面张力系数大小的因素有哪些？3、解释下什么是拉脱法？4、硅压阻式力敏传感器的原理是什么？5、为了提高实验的精度，测量时应注意哪些问题？6、实验中为什么要消除圆环重力的影响？如何消除？7、为什么升降台的操作要缓慢？怎样判断液膜即将破裂？8、在实验过程中，测定仪的电压输出如何变化？实验目的1、理解液体表面张力的基本概念；2、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法；3、学习力敏传感器的使用和定标方法；4、学会使用最小二乘法处理实验数据。

实验原理凡作用于液体表面，使表面积缩小的力，称为液体表面张力。

表面张力是分子力的一种表现，它发生在液体和气体接触的边界部分，是由于表面层（跟气体接触的液体薄层）的液体分子处于特殊状态所决定的。

液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。

实验题目液体表面张力系数的测定(可以直接使用，可编辑实用优秀文档，欢迎下载）实验题目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，测量的方法直观，概念清楚。

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1×10-3～1×10-2N之间，因此需要的有一种量程较小、灵敏度高、且稳定好的测量力的仪器。

近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正能满足测量液体表面张力的需求，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，再对甘油进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随溶液浓度的变化现象，从而对这个概念加深理解。

【目的要求】1、掌握用拉脱法测量液体的表面张力系数。

2、测量不同浓度的溶液的表面张力系数，观察掌握表面张力系数随溶液浓度的变化而变化的现象，加深对表面张力系数的理解。

【仪器用具】液体表面张力测定仪、游标卡尺、烧杯等。

【实验原理】实验装置，如下图，其中，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，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形吊环片。

实验证明，当环的直径在3厘米附近而液体和金属环接触角近似为零时，运用公式F=α·π (D1+D2)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。

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，可认为脱离力为表面张力系数乘以脱离表面的周长，即：F=α·π (D 1+D 2)…F 为脱离力，D 1、D 2分别为圆环的内、外径，α为液 体的表面张力系数。

实验二十 最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的1. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系；2. 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术；3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。

二、基本原理（一）表面自由能溶液表面分子在外侧方向没有其它分子的作用，因而溶液表面分子比内部分子具有更高的平均位能，故液体有尽量缩小表面积的倾向。

从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，将使体系总自由能减小。

欲使液体增大单位面积时，要由外界对液体作功，其所需要的能量称为液体的表面自由能或表面能。

液体表面积的缩小将使其达到尽可能低的位能状态，所以自由小液滴常呈球形。

A ΔS Δ成正比：假设液体产生新的表面，则需对其作功的大小应与W S σ−=⋅Δ （） II-20-1A ΔW σ−=式中S 为表面积，σ即为表面张力。

如果为1 m 2是在恒温恒压下生成1 m 2，则新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能或表面能，其单位为J·m -2，即恒温恒压下体系增加一单位表面积时所需的能量。

因为J·m -2 = N·m·m -2 = N·m -1σ，所以也可将看作是表面层的分子垂直作用在界面每单位长度边缘上且与表面平行或相切的收缩力，称为比表面张力，简称表面张力，其单位是N·m -1。

它与表面自由能的概念不同，但量纲一致。

σ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶液的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

（二）溶液的表面吸附在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，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。

溶液表面张力与其组成的关系大致有以下三种情况：（1）随溶质浓度增加表面张力略有升高；（2）随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；（3）溶质浓度降低时表面张力急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。