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液体表面张力的测定 摘要 表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一，是物理学和物理化学中重要的研究对象 是重要的液体物理性质。在实际生产中，液体的表面张力对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。常见的液体表面张力的测定方法包括毛细管上升法、Wilhelmy盘法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法,拉脱法等，这些不同原理的测定液体表面张力的方法各有优缺点，本文将着重以最大气泡压力法和拉脱法建立模型测定液体的表面张力。表面张力的测量方法可以分为静态法和动态法，最大气泡压力法和拉脱法都是动态测定表面张力的方法，拉脱法模型是物理学中常用的一种简便方法，操作简单易行但误差较大，最大气泡压力法模型所测量涉及的也是对象的静止表面，其本质仍属于平衡方法，不过在临界点时发生的表面扩张是动态的，相对而言，最大气泡压力法模型更能准确的反映液体的表面张力。 在拉脱法模型中，我们需要解决的问题相对简单，在实验中，由于U形丝不仅本身体较小重量轻，而且在拉脱过程中U形丝的重力和浮力总是方向相反，大小相等而互相抵消，于是，在缓慢的拉脱U形丝刚好是水膜破裂的瞬间，焦利氏秤所受的拉力可以粗略的认为是液体表面张力的2倍，而表面张力力和该液体的表面张力系数以及U形丝的长度成正比，整个实验中需要的数据是有一个力，但力并不能直接测出，需要先用已知重量的砝码标定焦利氏秤的的K值，然后再进行测量，将力转化为长度。这个模型的特点是数据简单，操作简便，很易得到结果。在16.0℃下通过该模型得到的乙醇液体的表面张力为。 在最大气泡压力法模型中，由于液面的附加压力和表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，我们需要解决的问题是如何测量气泡的曲率半径和液面的附加压力，我们假设毛细管的末端与液面完全相平，可以认为气泡的曲率半径和毛细管的直径相等，而附加压力则可以由压力计直接测得。通过标定已知表面张力的蒸馏水，我们可以得到仪器常数K，由24．5℃水的表面张力计算得到仪器常数=，然后计算得到表面张力为。 关键字：表面张力测定 最大气泡压力法 拉脱法 附加压力 拉脱力 目录 第一部分 问题重述………………………………… ………………………(3) 第二部分 问题分析………………………………………… ………………(3) 第三部分 模型的假设…………………………………………………………(4) 第四部分 定义与符号说明……………………………… …………………(4) 第五部分 模型的建立与求解………………………………… ……………(5) 第六部分 对模型的评价………………………………………………………() 第七部分 参考文献…………………………………………………………() 一 问题重述 表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一，是物理学和物理化学中重要的研究对象 是重要的液体物理性质。在实际生产中，液体的表面张力对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。两个不同的模型都是要对液体的表面张力进行测量，在拉脱法中，我们面对的问题是如何准确的量出拉托瞬间的作用力大小，以及如何量化这个作用力。而在最大气泡压力法中，我们需要解决的问题是如何得到附加压力和曲率半径。 二 问题分析 1对于用拉脱法测定液体的表面张力时，我们假想在液体的表面平行于液体表面存在一条线段，由于液体分子间的相互作用，使液体表面层形成了一张紧膜。在这条假想的线段垂直于该线段平行于液面上，存在着两个方向相反，大小相等的作用力。这两个力时该将向线段保持受力平衡。如图： 如果f和f’的大小只与液体的本身性质有关，那么在同一种液体表面的不同长度的假想线段的两侧的f和f’应该相同，但是这与事实明显不符，所以表面张力应该用一个只与液体本身性质有关的量来表示，也就是表面张力系数，即为单位长度上的表面张力，单位是牛每米。当我们把这条假想的线段垂直提起时，向上的拉力和f及f’的合力相等，在拉脱的瞬间，表面张力F=2f。 拉脱法的总体思路即：先用已知质量的物体标定焦利氏秤，记录弹簧的伸长量，通过胡克定律求出该焦利氏秤的弹性系数，再缓慢的将U形丝从液体表面垂直拉出，记录拉脱时的弹簧伸长量，从而得到F，再求出f，并且测出U形丝的长度，此处用U形丝代替那条假想的线段，然后就可求出单位长度上的表面张力大小，即某种特定液体在某一温度下的表面张力系数。 2对于用最大气泡压力法测量表面张力系数的方法，由于表面张力的作用，浸入液面的毛细管中会有一段高于外液面的液柱，当外界气压大于试管内气压时，插入液体深度为H的毛细管末端形成气泡，如下图所示，由于凹液面存在，因而所形成的气泡内外压力不等，即产生所谓的曲液面附加压力。此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率