表面张力系数的测定实验报告

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f=aL （L为圆形液膜的周长），则有

所以

F=mg+2sL （2）

实验二 液体表面张力系数的测定

实验目的

1．学习测力计的定标方法 。

2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象。 3．测量乙醇和纯水的表面张力系数。

实验仪器

温度计、液体表面张力测定装置（如图2-2所示）：

1．硅压阻力敏传感器。（1）受力量程：0—0.098N。（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）。

2．显示仪器(读数显示：200 mV三位半数字电压表)。 3．力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置。

4．吊环：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm、高0.850cm的铝合金吊环。 5．直径φ12.00cm玻璃器皿一套。 6．砝码盘及0.5克砝码7只

实验原理

表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液面具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用表面张力系数来定量地描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f??L，式中?表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m 。

液体表面张力的大小与液体的成分

液体表面张力系数的测定

实验目的

1. 学习焦利秤测量微小力的原理和方法；

2. 了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。

实验原理

液体具有尽可能缩小其表面的趋势。沿着表面且使表 面具有收缩趋势的张力叫做液体的表面张力。

在图（1）中，直线MN是液面上假想的一条分界线，它把液面分成两部分，f1面（1）对表面（2）的拉力，

（1）f 1 N f 2（2） 图（1）表 面 张 力 M f2表示表面（2）对表面（1）的拉力。这两个力大小相等，方向相反且都与液面相切，与

MN垂直。这就是液面上相接触的两部分表示相互作用的表面张力。显然，表面张力的大小

f应正比于MN的长度b，即 f=?b

（1）

式中?称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力。

如图（2）所示，若将一个“┌┐”形金属丝浸入液体中，然后缓缓提起，这时“┌┐”形丝两个侧面都盖上一层液膜，“┌┐”形丝要受到向上的拉力、向下的重力和表面张力f，

F F mg mg 水面 f фф f f f 图（2）提拉“┌┐”丝时表面张力 图（3）液膜被拉破的瞬间 f的方向与液面相切，它与“┌┐”形丝的夹角ф称为接触角，当继续提拉“┌┐”形丝，

在液膜被拉破的瞬

实验十一 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，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体内的趋势，从而使液体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。我们将这种沿着液体表面，使液体表面收缩的力称作液体表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力称作表面张力系数。测量该系数的方法有：拉脱法、毛细管法和最大气泡压力法等。本书实验介绍用拉脱法及毛细管法测定液体表面张力系数。拉脱法属于直接测量方法，而毛细管法属于间接测量方法

方法一 用拉脱法测液体的表面张力系数

【预习要求】

1.掌握了解拉脱法测量表面张力系数的原理。 2.熟悉焦利称的结构和使用方法。 3.设计出实验数据记录表格。 【实验目的】

1.学习焦利秤的使用方法。

2.用拉脱法测量液体的表面张力系数，了解液体的表面特性。 【实验仪器】

焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡温度计

【实验原理】

设想在液面上有一长为l的线段，那么表面的作用就表现在线段l两边的液面以力f相互作

f尺，

张力用，

的方向垂直于线段l，且与液面相切，大小与l的长度成正比，即

f??l (11-

用焦利氏秤测定液体的表面张力系数

一．目的要求

１． 了解焦利氏秤的结构、原理并学会正确使用。 ２． 用拉膜法测定液体的表面张力系数。 ３． 用最小二乘原理拟合直线。 二．引言

很多现象表明，液体表面具有收缩到尽可能小的趋势。从微观角度看，液体表面是具有厚度为分子吸引力有效半径(约10m?1nm)的薄层，称之为表面层。处于表面层内的分子较之液体内部的分子缺少了一部分能和它起吸引作用的分子，因而出现了一个指向液体内部的吸引力。使得这类分子有向液体内部收缩的趋势。从能量观点看，任何内部分子欲进入表面层都要克服这个吸引力而作功。可见，表面层有比液体内部更大的势能，即所谓表面能，表面积越大、表面能也越大。如所周知，任何体系总以势能最小的状态最为稳定。所以，液体要处于稳定，液面就必须缩小，以使其表面能尽可能减小，宏观上就表现为液体表面层的张力，称为表面张力。

液体因表面张力而收缩的事实，说明表面张力是与液体表面相切的，也就是沿液体表面而作用的，其方向不论在平面或曲面里，都与液面的边界垂直。如果在液体表面想像地画一根直线，则表面张力的作用就表现为线段两边的液面以一定的拉力F?相互作用，而且力的方向与线段相垂直，其大小与该线段之长度L成正比

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 200767025 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

实验九(b) 液体表面张力系数的测定（用毛细管法）

实验目的

用毛细管法测液体表面的张力系数。 实验仪器

毛细管，烧杯，温度计，显微镜，测高仪，纯净水银等。

实验原理 图3－9b－1 将毛细管插入无限广阔的水中，由于水对玻璃是浸润的，在管内的水面将成凹

??面。已知液体的表面在其性质方面类似于一张紧的弹性薄膜。当液体为曲面时，由于它有变A ?平的趋势，所以弯曲的液面对于下层的液体施θ 以压力，液面成凸面时，这压力是正的，液面??成凹面时，这压力是负的，如图3－9b－1所示。在图3－9b－2 中，毛细管中的水面是凹B C C B ????面，它对下层的水施加以负压，使管内水面B

点的压强比水面上方的大气压强小，如图3－

(a) (b) 9b－2中（a）所示，而在管外的平液面处，

与B点在同一水平面上的C点仍于水面上方图3－9b－2 的大气压强相等。当液体静止时，在同一水平

面上两点的压强应相等，而现在同一水平面上的B、C两点压强不相等。因此，液体不能平衡，水将从管外流向管中使管中水面升高，直至B点和C点的压强相等为止，如图3－9b－2中（b）所示。设毛细管的截面为圆形，则毛细管内的凹水面可近似地看成为半径r的半环球面，若管内水面下A点与大气压的压强差为

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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 200767025 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

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力

实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表

面张力的理解。

实验原理：

液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。

把金属丝AB弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝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最大值F（超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F?，则由 F?mg?2F' 得 F'?F?mg （1） 2表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即

F'??l

２００８年１１月第２３卷第６期

成阳师范学院学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉａｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ＮＯＶ．２００８Ｖ０１．２３ＮＯ．６

【应用物理学研究】

液体表面张力系数与温度和浓度的关系实验研究

梅策香，王广平。柳钰

（咸阳师范学院物理系，陕西咸阳７１２０００）

摘要：实验采用拉平法，测出了不同温度和浓度下水和盐水的表面张力系数。通过对实验

数据进行分析。得出了水和盐水的表面张力系数均随温度变化呈线性关系。盐水的表面张力系数随浓度的增大而增加。

关键词：液体表面性质；表面张力系数；温度；浓度中图分类号：Ｇ６４２．４２３

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２—２９１４（２００８）０６—００２１－０２

液体分子之间的内聚力使得液体表面上存在着一种应力．即液体表面张力。液体表面张力使得液体表面犹如张紧的弹性膜，具有自发收缩的趋势，单位长度液膜上的表面张力的大小为液体的表面张力系数．它主要受温度和液体纯度的影响，随温度的升高，表面张力系数会发生变化，掺入不同的杂质可以升高或降低液体的表面张力系数。对液体表面张力系数的理论分析和实验研究成为重要的研究课题ｌＭ。测量

联立以上各式可得：

仅＝坐２煎Ｌ

（４）

…Ｅ三习…．

图１液体曩面张力系数原理图

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液体表面张力系数的