液体表面张力系数测定方法

2023-11-02 理论教育版权反馈

【摘要】：测定表面张力系数常用的方法有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。能使液体的表面张力系数减小的物质称为表面活性物质，能使液体的表面张力系数增大的物质称为表面非活性物质。表3-1校准焦利氏秤数据表2.测定液体表面张力系数数据表测定液体表面张力系数数据见表3-2。

由于表面层内分子的作用，液体的表面，存在着一定的张力，称为表面张力。正是由于这种表面张力的存在，使液体的表面好像一张拉紧了的橡皮膜。液体的许多现象与表面张力有关，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物、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具有重要的实际意义。

测定表面张力系数常用的方法有：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，通常采用物体的弹性形变来量度力的大小。

【实验目的】

（1）学习用拉脱法测定液体表面张力系数。

（2）了解焦利氏秤的构造与使用方法。

（3）认识表面活性物质的作用。

【实验原理】

液体表面存在着方向与液面相切，且使液面具有收缩趋势的张力，称表面张力。其大小与液面周界线l成正比，即f=αl，α称表面张力系数，它表示液面单位长度周界线上的表面张力。表面张力系数与液体种类、温度及纯度有关。能使液体的表面张力系数减小的物质称为表面活性物质，能使液体的表面张力系数增大的物质称为表面非活性物质。

pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=37

式中 θ——f与竖直方向的夹角，如图3-1 （b）所示。

当不断缓慢地拉起金属丝框时，θ=0，所需拉力增加到最大值F0=2f+G=2αl+G，因此

pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=37

利用焦利氏秤可测得F0-G，若弹簧在金属丝框的重力作用下游标尺上位置读数为S0，而测出液膜破裂瞬间拉力为F0 时，弹簧伸长的游标尺上位置读数为S，弹簧劲度系数为k，则F0-G=k（S-S0）=kΔS，将其代入式（3-2），便得

pagenumber_ebook=42,pagenumber_book=37

pagenumber_ebook=43,pagenumber_book=38

图3-1　表面张力原理图

（a）正面；（b）侧面

测得k、ΔS、l各量，就可用式（1-3）算出表面张力系数。

【实验仪器】

焦利氏秤、砝码、镊子、蒸馏水、肥皂水、玻璃皿、温度计、游标卡尺。

pagenumber_ebook=43,pagenumber_book=38

图3-2　焦利氏秤

焦利氏秤是一个精细的弹簧秤，用于测量微小的力，其结构如图3-2所示，A为垂直圆筒形支架，其顶部边缘固定着游标C。圆筒里有一可借助于旋钮D升降且作为主尺的金属杆B，B的顶端有一横梁OP。横梁的远端有一可固定弹簧的小孔。弹簧S垂直挂下，其下端挂一个有水平刻线的长扁圆形指标镜M。M 穿过固定在支架A上刻有水平线的圆筒形玻璃指标管G。指标镜M的下端有一小钩，用来悬挂砝码盘J，砝码盘J的小钩则用来悬挂 pagenumber_ebook=43,pagenumber_book=38 形金属丝框。在支架A的下部设有平台H，放松支持平台的套筒夹子，平台的高低就可以上下升降（粗调），调节平台下的螺丝Q，可使平台缓慢升降（细调）。被测液体放在平台上的玻璃皿内。使用时，调节三足座上的螺丝E及金属杆B上端螺丝P，使指标镜M 不接触指标管G ，并使M处于竖直位置。测量时，转动升降旋钮D，使指标镜M的中间刻线、指标管G的水平刻线及其指标镜中的像重合（二线一像重合），用这种方法可以保证弹簧下端的位置固定，而弹簧的伸长可由金属杆上的主尺和附于圆管支架端部的游标读出（即弹簧伸长前、后两次读数的差值）。

【实验步骤】

1.焦利氏秤的校准——测定弹簧的劲度系数

根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量Δx与外力F 成正比，即F=kΔx，k为弹簧的劲度系数。对于一定的弹簧，其k值是一定的。当将已知重量的砝码加在砝码盘中测出相应的弹簧伸长量，即可由上式求出弹簧的k值，这一步骤称为焦利氏秤的校准。焦利氏秤校准后，只要测出弹簧的伸长量，就可求出作用于弹簧下端外力的大小。

（1）按图示将弹簧S伸入横梁前端小孔并用螺丝O 固定，挂好指标镜及砝码盘。调节螺丝E使指标镜M 竖直且不接触指标管G。

（2）转动升降旋钮D调到二线一像重合，从主尺和游标记下读数x，填入数据表中。

（3）依次在砝码盘中加上0.1g、0.2g、0.3g、…、0.9g砝码，分别调到二线一像重合，并从主尺和游标记下读数x0、x1、x2、…、x9，填入数据表中。

（4）用逐差法处理所测数据，求出弹簧的劲度系数k。

2.蒸馏水表面张力系数的测定(www.chuimin.cn)

（1）先用清水，再用蒸馏水洗净玻璃皿，然后装入适量蒸馏水，把玻璃皿置于平台H上。

pagenumber_ebook=44,pagenumber_book=39