水的表面张力物理小实验

溶液表面张力的测定——最大气泡法

实验者：杨岳洋 同组实验者：张知行 学号：2015012012 班级：材54 实验日期：2016年10月10日

助教：汤妍

1 引言

1.1实验目的

（1）测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。

（2）根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。 （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

?δW?γdA （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，

实验五 表面张力及表面吸附量的测定

一． 实验目的

（1）测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。

（2）了解表面张力的性质及表面张力和吸附量的关系。

（3）掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理。 二． 实验原理

（一）表面张力及其影响因素

在一个液体的内部，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分子的吸引另一方面受到液体外部气体分子的吸引，而且前者的作用力比后者大。因此在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于并指向液体内部的不平衡力。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△G,称为单位表面的表面能，其单位为J·m-1；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。如欲使液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可

不定项选择题

试题1 下列图（b）中的游标读数为（ ）

39.00cm 390.00 390.00mm 256.54mm

[参考答案] 390.00mm

试题2 在用FB737新型焦利秤测量液体表面张力系数实验中，在测定表面张力系数时第一次使门形铝片框浸入水的步骤，最合适的是（）

直接调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框浸入水中 仅仅调节平台升降旋钮⑩，使门形铝片浸入水中 先调节平台升降旋钮⑩，使⑩还剩四分之一的可调空间，然后结合调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框下端尽可能靠近液面，但不接触液面，然后将烧杯轻轻提起使铝片框浸入液体后看能否形成液面膜，如不能，结合调节⑩后使铝片框浸入液体 用镊子或手将门形铝片框拉入水中 [参考答案]

先调节平台升降旋钮⑩，使⑩还剩四分之一的可调空间，然后结合调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框下端尽可能靠近液面，但不接触液面，然后将烧杯轻轻提起使铝片框浸入液体后看能否形成液面膜，如不能，结合调节⑩后使铝片框浸入液体

试题3 在拉脱法测量液体表面张力系数实验中，在测量弹簧的劲度系数，往砝码托盘加砝码片时，（）

用手直接拿砝码片 用镊子夹砝码片

用手直接拿和镊子夹砝码片均可

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采用Ｏｒｉｇｉｎ软件处理溶液表面张力测定的实验数据

杨慧文雷彤李剑华

（广东药学院药科学院物理化学教研室广州 广东５１０００６）

中图分类号：Ｇ６４２．４２３文献标识码：Ａ大学物理化学实验中，学生通常需要记录和处理大量数据，而常见的方法有：公式计算、作图、线性和非线性拟合等等。目前学生还是多用坐标纸手工作图，这种方法计算量大，并且带来的人为误差较大，学生处理数据和教师批改实验报告都感觉麻烦。随着计算机应用的深入发展，计算机作图软件越来越多，采用这些软件辅助处理数据，结果较为科学，重复性高。

最大泡压法测定溶液表面张力实验是大学物理化学实验中一个重要常见的实验，多以正丁醇水溶液为实验体系。传统的数据处理方法是用图解法对表面张力盯与溶液浓度ｃ关系拟合曲线后，求出曲线上指定几个点的切线斜率，进而求出表面吸附量。图解法由于采用手工作图，尤其是做切

线这一步，误差较大，结果重复性差，难以得到准确的结果。

近年来，有人对表面张力和浓度关系曲线采用Ｅｘｃｅｌ、Ｍａｔｌａｂ等计算机软件辅助处理旧，取得—些进展。但多数的拟合方法是多项式拟合，拟合得到的关系曲线不符合ｌａｎｇｍｕｉｒ单分子层吸附等温式。本文中我们利用丽ｇｉＩｌ软件

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-

最大泡压法测表面张力

选择：

1．用最大气泡压力法测定溶液表面张力的实验中,对实验实际操作的如下规定中哪一条是不正确的? ( D )

A.毛细管壁必须严格清洗保证干净 B.毛细管应垂直放置并刚好与液面相切 C.毛细管口必须平整 D.毛细管垂直插入液体内部,每次浸入深度尽量保持不变 2．在最大气泡法测溶液表面张力实验中,乙醇的浓度可用下列哪种仪器准确测定? ( D )

(A)分光光度计 (B)旋光仪 (C)电导率仪 (D)阿贝折光仪

3. 在用最大气泡法测定表面活性物质水溶液的表面张力实验中，当气泡所承受的压力差达到最大时，气泡的曲率半径r与毛细管的半径R之间的关系为：

(A) r >R (B) r = R (C) r < R (D) 无法确定 4．正丁醇是（A）。

A、表面活性物质 B、表面活性剂

C、表面非活性物质 D、能显著降低水的表面张力的一种物质

5．在测定毛细管常数K时，标准物质的表面张力与待测液体的表面张力要在相同的温度下尽可能接近

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

溶液中的吸附作用和表面张力的测定

PB09206108 倪宇飞1

Abstract:This Experiment is designed to measure the surface tension of a series of butyl alcohol solutions with different concentration by maximum bubble pressure method. The molecular section area of butyl alcohol can be calculated with the help of Langmuir isothemal equation.

关键词：溶液中的吸附作用 最大气泡压力法 表面张力的测定

一、前言

表面活性剂在催化、去污、乳化、润湿、起泡以及选矿等工业及日常生活中应用极其广泛，研究这些物质的表面效应具有十分重要的应用价值。表面张力是重要的物理化学参数，是研究表面压、表面吸附量、分子横截面积等表面效应的基础。关于表面张力的测定，常见的方法有毛细上升法，环法，吊片法，最大气泡压力法等方法，其中最大泡压法对仪器的要求比较低，精度相对对较

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