实验讲义-液体表面张力-2013.9
《液体的表面张力》 讲义
《液体的表面张力》讲义在我们日常生活中，液体无处不在，从我们喝的水到厨房中的食用油，从清晨的露珠到流淌的江河湖海。
然而，你是否曾经留意过液体表面那些看似微小却又十分有趣的现象？比如，水珠总是尽量保持球形，小昆虫能在水面上行走而不会沉没。
这些现象的背后，都隐藏着一个重要的物理概念——液体的表面张力。
一、什么是液体的表面张力要理解液体的表面张力，我们首先得知道液体分子的结构和运动方式。
在液体内部，分子受到来自各个方向的其他分子的吸引力，这些吸引力相互抵消，使得分子能够在一定范围内自由移动。
但在液体表面，情况就有所不同了。
表面的分子只受到来自液体内部的吸引力，而外部没有分子对它们产生吸引力，从而导致表面分子受到一个向内的合力，就好像有一层紧绷的“薄膜”把液体表面拉紧了一样。
这种使液体表面尽量缩小的力，就是液体的表面张力。
它使得液体表面在没有外力作用时，总是趋向于最小的表面积，也就是球形。
因为在相同体积的情况下，球形的表面积是最小的。
举个简单的例子，当我们把一滴水放在光滑的平面上时，它会自动形成一个近似球形的水珠，而不是随意摊开成一片。
这就是表面张力在起作用。
二、影响液体表面张力的因素1、液体的种类不同的液体，其表面张力大小是不同的。
一般来说，极性分子组成的液体，比如水，表面张力较大；而非极性分子组成的液体，比如一些有机溶剂，表面张力相对较小。
2、温度温度对液体的表面张力有显著影响。
通常情况下，随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，分子间的距离增大，相互作用力减弱，导致表面张力减小。
比如，我们在烧开水时可以看到，水的表面张力随着温度的升高而逐渐变小，水的沸腾就是表面张力无法维持水面平静的一种表现。
3、杂质液体中如果含有杂质，也会影响表面张力。
杂质可能会改变液体分子的排列和相互作用，从而改变表面张力的大小。
例如，在水中加入一些表面活性剂，如洗衣粉或洗洁精，会大大降低水的表面张力，这就是为什么这些物质能够帮助我们去除油污的原因之一。
液体的表面张力上课
R
又 R cos R cos( ) R cos r
h 2 2 cos
gR
gr
完全不润湿, , R r r , h 2 2 .
cos
gR gr
悬着水和气体栓塞现象
一、悬着水
水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细管上升 水。土壤中的毛细管起着分配、保持土壤中的水分作用。 土壤毛细管中存在的水叫悬着水，如图，其在土壤毛细管 中能保持的原因是：
fA
(2)当 f附 < f内, 宏观上表现为液体不润湿固体。
A
f
3. 接触角
在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液 体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部 的夹角称接触角 ，用θ 表示。
⑴ ,液体润湿固体；
2
0 ，液体完全润湿固体。
⑵
,液体不润湿固体；
2
，液体完全不润湿固体。
定义：液体表面分子比内部分子所多出的势能增量的总 和称为液体的表面能，用E 表示。
B、任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内 的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有 收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体 的表面张力。
f
(3)量度
f l
则：f =αl 。
f
α为表面张力系数，数值上等于
单位长度直线段两侧液面的表面 张力，单位：N / m 。
B
球内分子：对A 的作用力
对称分布，合力为零。
对分子B：
其受合力与液面垂直， 指向液内。
F
A
在这样的力的作用下，液体表面的分子有被拉进液 体内部的趋势。
在宏观上就表现为液体表面有收缩的趋势。
②从能量观点来分析
A、把分子从液 体内部移到 表面层，需 克服 f ⊥ 作 功
实验讲义液体表面张力
液体表面张力系数的测量表面现象广泛见诸于钢铁生产，焊接，印刷，复合材料的制备等过程中。
液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数。
测量液体表面张力系数有多种方法，如最大泡压法，毛细管法，拉脱法。
许多现象表明液体表面具有收缩到尽可能小的趋势，这是液体分子间存在相互作用力的宏观表现。
从微观角度看，液体表面具有厚度为分子吸引力有效半径的表面层，处于表面层内的分子比液体内部的分子少了一部分能与之吸引的分子，因此出现了一个指向液体内部的吸引力，使得这些分子具有向液体内部收缩的趋势。
而从能度看，任何内部分子欲进入表面层就要克服这个吸引力而做功。
显见，表面层有着比液体内部更大的势能（表面能），且液体表面积越大，表面能也越大。
而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状态，液面就必须缩小，以使其表面能尽可能小，宏观上就表现为液体表面层内的表面张力。
我们想象在液体表面画一条直线，表面张力就表现为线段两边的液面以一定的拉力α相互作用，而力的方向与线段垂直，力的大小与该段直线的长度L成正比，即f L=（1）a其中，比例系数α称为液体的表面张力系数，单位为N/m。
当液体表面与其蒸汽或空气相接触时，表面张力仅与液体本身的性质及其温度有关。
一般情况下，密度小、容易蒸发的液体，其α较小；而熔融金属的α则很大。
对于同种液体，温度越高，其α越小。
当液体与固体相接触时，不仅取决于液体自身的内聚力，而且取决于液体分子与其接触的固体分子之间的吸引力（称为附着力）。
当这个附着力大于内聚力时，液体就会沿固体表面扩展，这种现象称为润湿。
当这个附着力小于内聚力时，液体就不会在固体表面扩展，称为不润湿。
润湿与不润湿取决于液体、固体的性质，如纯水能完全润湿干净的玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的铜、铁等。
润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁程度也密切相关，某些杂质能使α增大，而表面活性物质则能使α减小。
液体表面张力
液体表面张力引言液体表面张力是物理学中一个重要的概念，用来描述液体表面的特性。
液体表面张力对许多自然现象和工程应用都有影响，如液体的凸起和凹陷、液滴的形成与分裂以及液体在导管中的上升与下降等。
本文将介绍液体表面张力的基本原理、测量方法和影响因素。
基本原理液体表面张力是指液体分子间存在的相互作用力，使液体表面不容易被扩展的性质。
液体分子间的吸引力使液体分子在表面聚集，形成一个相对紧凑的层。
这种表面上分子的紧密堆积导致表面张力的产生。
液体表面张力的数学描述可以用表面张力系数来表示，记作T，单位是N/m。
表面张力系数是单位长度上作用在液体表面上的力与作用在该表面上液体的长度之比。
液体表面张力可以导致一些有趣的现象，如水珠的形成和浸润。
当水滴滴在一个水平表面上时，液体表面张力使得水滴呈现出球状。
而浸润现象则是液体在固体表面上的扩展与附着。
测量方法提升法提升法是一种常用的测量液体表面张力的方法。
其基本原理是通过在液体中插入一个单独的物体（如金属环），然后通过逐渐提升该物体直至脱离液体表面。
通过测量所需的提升力和物体周长，可以计算出液体表面张力。
静力法静力法是利用一个浮标并将其部分浸入液体中来测量液体表面张力的方法。
静力法的测量原理是根据液体表面张力使得液体表面的压强在垂直方向上呈现不均匀分布的特点，从而引起浸入液体的浮标受力。
比重差法比重差法是通过测量液体和另一种具有不同密度的液体的接触角来计算液体表面张力的方法。
液体的接触角可以通过测量两种液体在接触面上所形成的弯曲程度来确定，接触角的数值与液体表面张力有关。
影响因素液体表面张力受到许多因素的影响，下面介绍其中几个主要因素：温度温度对液体表面张力的影响主要是通过影响液体分子间的相互作用力。
一般来说，随着温度的升高，液体的分子动能增加，分子间的相互作用力减弱，导致液体表面张力减小。
溶液浓度溶液浓度对液体表面张力的影响可以是正的或者负的，取决于溶质和溶剂之间的相互作用力。
液体表面张力
液体表面张力系数的测定实验【实验目的】1．用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。
2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。
【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺 金属环等。
【实验原理】1. 液体的表面张力:液体具有尽可能缩小其表面的趋势，在宏观上液体表面就好像是一张拉紧 了的弹性膜，处在沿着表面的并使表面具有收缩趋势的张力作用之下。
2. 表面张力性质:由于液面处于紧张状态，在液面上存在着起收缩作用的表面张力。
这些表面张力都与液面相切,并且与线段AB 垂直;它们大小相等,方向相反，分别作用在两部分液面上。
实验表明:表面张力的大小正比于线段AB 的长度。
3. 表面张力系数的测定将一金属圆环浸入水中，当他要脱离液面时：·当水膜恰破裂时受力平衡：F=mg+f,（F 为弹簧受力，f 为液体表面张力） ·表面张力f 大小（两个平面）：f=αL （外内d d +）,α为液体表面张力系数。
由此可得：)(-外内外）内（d d Sk d d mg F +∆=+=ππα【实验步骤】1.测量弹簧的劲度系数K 。
三线对齐，利用游标卡尺读数。
；1. 依次在砝码盘逐渐增加砝码0.5g,1g …3g ，使三线对齐，记录数据；然后逐次取出0.5g 的砝码，记录读数。
【数据处理】==∆+∑)-313i i L L l （15.97mm ()=-∆-∆=∑∆)13/(L L 2L iσ[0.5×(16.0-15.97) ²+(15.9-15.97) ²+(16.0-15.97) ²]^0.5≈0.00335==∆∆L 95.0σnt A 2.48×0.00335≈0.0083 L B ∆∆=0.1mm 22B A L ∆+∆=∆∆=(0.0083²+0.1²)^0.5=0.1mm2．计算液体表面张力f+(10.8-10.76) ²+(10.76-10.7) ²)]^0.5≈0.114==∆∆S 95.0σnt A 1.24×0.114≈0.14 B ∆=0.1mm22S B A ∆+∆=∆∆=(0.14²+0.1²)^0.5≈0.172mm结果表达：mm u s s s 172.076.10±=±∆=∆∆ %6.1%100u =⨯∆=∆∆su ss r2.金属环外径：22.0mm 金属环内径：20.0mm0.07820223.1410.760.96)(-=+⨯⨯=+∆=+=）（（外内外）内d d S k d d mg F ππα0172.0u 2s 2=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆=s l l u U r α ⨯=⨯=0172.0U αααr U 0.078=0.001结果表达：0.0010.078u ±=±=a ααmm =⨯=100%αααu U r 0.0172【误差分析】1.读数存在误差；2.调节平台震动使产生水膜时不准确；3.没有稳定读数。
液体的表面张力-课件
研究動機
•有一次上自然與科技課，我們在做表面張 力的實驗，發現水面就像一層保護膜包覆 著迴紋針，心理不禁產生疑問，於是我決 定要研究液體的表面張力。
研究目的
• 探究液體是否都具有表面張力 • 探究哪一種液體的表面張力最大 • 探究哪一種溫度的液體表面張力最大 • 探究表面張力能被哪些物質破壞
•
12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人 的错儿 。2021/3/42021/3/42021/3/4T hursday, March 04, 2021
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13、知人者智，自知者明。胜人者有 力，自 胜者强 。2021/3/42021/3/420、意志坚强的人能把世界放在手中 像泥块 一样任 意揉捏 。2021年3月4日星期 四2021/3/42021/3/42021/3/4
• 迴紋針
一個
• 透明塑膠杯子 三個
• 量杯
一個
• 溫度計
一支
材料--探究表面張力能被哪些物質破壞
•肥皂 •保麗龍 •橘子皮 •沙拉油 •頭髮
一個 一個 一片 20c.c. 一根
•透明塑膠杯子 五個
•量杯
一個
•地下水
750c.c.
爽身粉
100g
研究一：探究液體是否都具有表面張力
•說明： 因為液體的種類繁多,因此我將這些液體
•
15、最具挑战性的挑战莫过于提升自 我。。2021年3月2021/3/42021/3/42021/3/43/4/2021
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2021/3/42021/3/4Marc h 4, 2021
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17、一个人即使已登上顶峰，也仍要 自强不 息。2021/3/42021/3/42021/3/42021/3/4
液体表面张力讲课讲解
观察液体表面现象
为什么膜会被拉 得很大而不破裂？
为什么这只蜥蜴 能在水上行走？
为什么蛛网上的 水珠呈球状？
可见:液体表面会形成一层膜
视频：在硬币上滴水（见硬币滴水视频）
水面凸起但水没有溢出
可见：水面是一张有弹性的膜
为什么液体的表面会形成一张有弹性的膜呢？
通过下面的实验和分析，我们将会 明白这是液体表面张力作用的结果。
为不浸润
2 、附着层内液体分子间的距离小于分子力平
衡距离 r 0 ，附着层内分子间的作用表现为斥力， 附着层有收缩的趋势，这样液体与固体间表现
为浸润
3 、液体在细管中为何会上升？有没有下降的情况？
毛细现象
液体浸润管壁，液体边缘部 分的表面张力如图，表面张 力使管中的液体上升，当液 体的重力跟表面张力相等时， 液面稳定，管子越细，液柱 上升的越高
三、不同液体其表面张力大小存在差异
视频： 酒精滴入红墨水
红墨水滴入酒精
结论： 不同液体其表面张力大小存在差异
2 、水滴在干净的玻璃上和蜡上为何会有不同？
浸润和不浸润
1 、附着层内液体分子间的距离大于分子力平
衡距离 r 0 ，附着层内分子间的作用表现为引力， 附着层有收缩的趋势，这样液体与固体间表现
①
F1
M
N
②
F2
液体表面张力的分析图
线两侧液面绷紧
知识巩固 ① 蛛网上的水珠为何呈球状？
结论：表面张力会使液面收缩， 使其收缩到表面积最小。
知识巩固② 弯成弧形的棉线所受张力的方向怎样？
知识巩固 ③ 液面对缝衣针的作用是液体的表面张力吗？
不是
结论： 表面张力的作用是使液体表面形成一层薄膜 液面对回形针的作用其实是这层膜对它有作用
《液体的表面张力》 讲义
《液体的表面张力》讲义在我们的日常生活中，液体无处不在。
从清晨的第一杯水，到雨后的小水洼，液体以各种形式与我们相伴。
然而，你是否曾留意过液体表面的一些奇妙现象？比如，水滴总是呈球形，小昆虫能在水面上行走而不沉入水底。
这些现象的背后，都隐藏着一个重要的物理概念——液体的表面张力。
那什么是液体的表面张力呢？简单来说，液体的表面张力就是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
为了更好地理解这一概念，我们先来了解一下液体分子的结构和运动。
在液体内部，分子处于不停的运动中，它们受到来自各个方向的分子引力，相互抵消，合力为零。
但在液体表面，情况就有所不同了。
表面的分子受到的向内的引力大于向外的引力，这就使得液体表面有收缩的趋势，仿佛被一层弹性薄膜所包裹。
我们可以通过一个简单的实验来直观感受液体的表面张力。
拿一个回形针，轻轻地平放在水面上，你会发现回形针竟然能够浮在水面上而不下沉。
这是因为水的表面张力支撑着回形针的重量。
如果我们往水中加入一些洗涤剂，破坏了水的表面张力，回形针就会迅速沉入水底。
液体的表面张力大小与多种因素有关。
首先是液体的种类。
不同的液体，其分子结构和相互作用力不同，导致表面张力也有所差异。
一般来说，极性分子组成的液体，如 water，表面张力较大；而非极性分子组成的液体，如一些有机溶剂，表面张力相对较小。
温度也是影响液体表面张力的一个重要因素。
通常情况下，随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，分子间距增大，分子间的相互作用力减弱，从而导致表面张力减小。
例如，水在 0℃时的表面张力约为756×10⁻³ N/m，而在 100℃时则约为 589×10⁻³ N/m。
液体表面张力在生活和生产中有着广泛的应用。
在农业方面，农药的喷雾就是利用了表面张力的原理。
为了使农药能够更好地附着在植物表面，通常会添加一些表面活性剂来降低药液的表面张力，提高喷雾效果。
液体的表面张力
液体的表面张力液体表面张力是指液体内部分子力与表面上分子力的平衡状态。
在液体表面上，由于没有边界约束，分子只受到相邻分子的吸引力，所以呈现出较高的拉力和聚集趋势。
在本文中，我将介绍液体表面张力的定义、性质和应用。
一、液体表面张力的定义液体表面张力是指液体中的分子与液体表面上的分子相互作用所形成的张力。
液体表面张力与液体分子间的相互作用力有着密切的关系。
液体分子之间存在着各种相互作用力，如分子间的吸引力、斥力和静电力等。
在液体表面上的分子由于受到周围分子的吸引，导致表面张力的产生。
二、液体表面张力的性质1. 表面张力的测量一种常见的测量液体表面张力的方法是用一个称为“浸没法”的实验。
在这个实验中，我们将一个细长的平板浸入液体中，通过测量液体的上升高度来确定液体的表面张力。
根据勾股定理，液体表面张力与液体上升高度之间存在着一定的数学关系。
2. 表面张力的影响因素液体表面张力受多种因素的影响，其中包括温度、压力和液体种类等。
一般来说，液体的表面张力随着温度的升高而减小，因为温度升高会导致分子间距的增大，从而减弱分子间相互作用力。
此外，增加压力也会使液体的表面张力减小，因为增加压力会使分子之间更加紧密，从而增大分子间的相互作用力。
3. 表面张力的特性液体的表面张力具有一些特殊的性质，如表面张力使液滴呈现球形状，因为球形是能够使表面积最小化的形状。
此外，表面张力还可以使液体在狭窄的管道中产生毛细现象，即液体可以升高或下降到远高于或远低于液体自身的一级面。
三、液体表面张力的应用液体表面张力在生活和工业中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 液体传输液体的表面张力可以用于液体的传输，例如用于液体泵和液体输送管道中。
液体表面张力的存在可以帮助液体克服重力和摩擦力，从而实现有效的液体输送。
2. 染料和墨水染料和墨水中也存在着液体表面张力的影响。
使用液体表面张力的原理，可以控制染料和墨水在纸张或织物上的分布，从而实现更均匀和准确的染色或印刷效果。
《液体的表面张力》 讲义
《液体的表面张力》讲义在我们的日常生活中，液体无处不在，从清晨的露珠到流淌的河水，从杯中的茶水到洗澡时的热水。
然而，你是否曾经留意过液体表面的一些奇妙现象？比如，水珠总是尽量保持球形，小昆虫能在水面上行走而不沉入水中。
这些现象的背后，都隐藏着一个重要的物理概念——液体的表面张力。
一、什么是液体的表面张力让我们先来了解一下表面张力的定义。
液体的表面张力，简单来说，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
想象一下，液体中的分子就像一个个小球，它们在液体内部时，四面八方都受到其他分子的吸引力，这些力相互抵消，所以分子处于相对稳定的状态。
但是，当分子处于液体表面时，情况就不同了。
表面的分子只受到内部分子的吸引力，而外侧没有分子与之相互作用，这就导致表面分子受到一个向内的拉力，从而使得液体表面有收缩的趋势。
为了更直观地理解这一点，我们可以做一个小实验。
拿一个铁丝圈，上面蒙上一层肥皂膜。
当我们刺破一侧的肥皂膜时，另一侧的肥皂膜会自动收缩成一个更小的面积，这就是表面张力在起作用。
二、影响液体表面张力的因素1、液体的种类不同的液体，其表面张力大小是不同的。
一般来说，极性分子组成的液体，如水中的氢氧键具有极性，表面张力较大；而非极性分子组成的液体，如苯、乙醚等，表面张力相对较小。
2、温度温度对液体表面张力有着显著的影响。
通常情况下，随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，分子间的距离增大，相互作用力减弱，从而导致表面张力减小。
例如，水在0℃时的表面张力约为756mN/m，而在 100℃时则降至 589mN/m。
3、杂质如果液体中溶解了杂质，也会影响表面张力。
有些杂质会使表面张力增大，而有些则会使其减小。
比如，在水中加入无机盐，表面张力会增大；而加入有机醇类等物质，则会使表面张力减小。
三、表面张力的作用1、露珠的形成在清晨，我们常常能看到草叶上挂着晶莹的露珠。
这是因为液体表面张力的存在，使得水滴在不受外力作用时尽量收缩成球形，从而形成了露珠。
液体的表面张力详解
表面张力的演示实验（1）
圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的 膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；
表面张力的演示实验（2）
橄榄油滴浮在同密度的水和酒精 的混合液体中，由于表面张力的 作用，油滴形成完美的球形。
一、表面张力
1.现象：
(1).液体表面有收缩到最小的趋势；
任何弯曲液面都对液体产生附加压强；
附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；
三、球形液面的附加压强---拉普拉斯公式
设有一半径为R的球形液滴，其表 面张力系数为，是凸液面，则液 滴表面层内外的压强:
P内＝P外ps
在液体表面，取微小球冠形液 体元，球冠的边缘线l存在表面张 力F，沿球冠表面切线方向。
由于球冠很小，忽略其重力。
受力分析：
P内 r2, P外r2, 表面张力F
P外
r
l
F//
l
p内
R F
F
沿边缘线一周，F//相互抵消，作 用在球冠边缘线上 的表面张力的合 力为：
F F F s is n i l n l sin
l 2r
受力平衡： P内 r2P外 r2F
P内P外2srin
sin r
R
P内P外
热学
讲课顺序：1、按照竞赛真题题型来讲 抓住重点、突破难点
2、新增内容
真题研究：1、题目的构成 2、包含的概念、规律、方法 3、重点难点 4、易错点 5、拓展点
表面张力现象
为什么水面上的小昆虫能在水面上 行走，而不会沉入水中？
牛奶滴落在盘中的瞬间飞 溅情形，呈现球状，在盘 上方的牛奶呈现近乎完美
(2).液面像紧绷的弹性薄膜。
说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力 只存在于液体表面。
大学物理实验PPT-液体表面张力
力敏传感器所受拉力为F 时数字式电压表示数为U：
B
B 表示力敏传感器的灵敏度，单位为V /N 。
实验内容及步骤
• 测量力敏传感器的灵敏度
• 测量水的表面张力系数
测量力敏传感器的灵敏度 B
1. 开机预热 15 分钟 2. 吊蓝放在力敏传感器的挂钩上 3. 电压表调零 4. 7 个 0.5 g 片码依次放入吊盘中，记下U0→U7 5. 依次取走片码，记下U7 → U0 力敏传感器最大量程0.098N，不要用力过大
拉力f存在于表面层方向与直线垂直大小与直线的长度存在于表面度层方向与直线垂直大小与直线的长度l成正比即成正比即ffffll式中称为表面张力系数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它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力其单位为nm1
拉脱法测定液体表面张力系数
实验装置
调节架
升降台
2.简述液体表面张力系数α的影响因素。
下周实验
实பைடு நூலகம்四 电位差计
砝码与电压关系图 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 m(g) 3 4 y = 29.886x - 0.3286 R2 = 0.9999
U(mV)
系列1 线性 (系列1)
Bk
9.8
(V / N )
测量水的表面张力系数
1. 玻璃器皿中放水1/2到2/3之间
2. 吊环放在力敏传感器的挂钩上，保持竖直
f ＝αL
吊环拉脱法实验原理
F
硅压阻力敏传感器
f F1 F2 (U1 U 2 ) B
吊环拉断液柱前一瞬间环受到的拉力F1，对应电压值U1 水柱拉断时瞬间吊环受力为F2，对应电压值U2
f
实验讲义-液体表面张力
实验讲义-液体表⾯张⼒液体表⾯张⼒系数的测量表⾯现象⼴泛见诸于钢铁⽣产，焊接，印刷，复合材料的制备等过程中。
液体表⾯张⼒系数是表征液体性质的⼀个重要参数。
测量液体表⾯张⼒系数有多种⽅法，如最⼤泡压法，⽑细管法，拉脱法。
许多现象表明液体表⾯具有收缩到尽可能⼩的趋势，这是液体分⼦间存在相互作⽤⼒的宏观表现。
从微观⾓度看，液体表⾯具有厚度为分⼦吸引⼒有效半径的表⾯层，处于表⾯层内的分⼦⽐液体内部的分⼦少了⼀部分能与之吸引的分⼦，因此出现了⼀个指向液体内部的吸引⼒，使得这些分⼦具有向液体内部收缩的趋势。
⽽从能度看，任何内部分⼦欲进⼊表⾯层就要克服这个吸引⼒⽽做功。
显见，表⾯层有着⽐液体内部更⼤的势能（表⾯能），且液体表⾯积越⼤，表⾯能也越⼤。
⽽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状态，液⾯就必须缩⼩，以使其表⾯能尽可能⼩，宏观上就表现为液体表⾯层内的表⾯张⼒。
我们想象在液体表⾯画⼀条直线，表⾯张⼒就表现为线段两边的液⾯以⼀定的拉⼒α相互作⽤，⽽⼒的⽅向与线段垂直，⼒的⼤⼩与该段直线的长度L成正⽐，即f L=（1）a其中，⽐例系数α称为液体的表⾯张⼒系数，单位为N/m。
当液体表⾯与其蒸汽或空⽓相接触时，表⾯张⼒仅与液体本⾝的性质及其温度有关。
⼀般情况下，密度⼩、容易蒸发的液体，其α较⼩；⽽熔融⾦属的α则很⼤。
对于同种液体，温度越⾼，其α越⼩。
当液体与固体相接触时，不仅取决于液体⾃⾝的内聚⼒，⽽且取决于液体分⼦与其接触的固体分⼦之间的吸引⼒（称为附着⼒）。
当这个附着⼒⼤于内聚⼒时，液体就会沿固体表⾯扩展，这种现象称为润湿。
当这个附着⼒⼩于内聚⼒时，液体就不会在固体表⾯扩展，称为不润湿。
润湿与不润湿取决于液体、固体的性质，如纯⽔能完全润湿⼲净的玻璃，但不能润湿⽯蜡；⽔银不能润湿玻璃，却能润湿⼲净的铜、铁等。
润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表⾯的清洁程度也密切相关，某些杂质能使α增⼤，⽽表⾯活性物质则能使α减⼩。
液体表面张力原理
液体表面张力原理
《液体表面张力原理》
液体表面张力是液体分子间相互作用的结果，它是一种使液体表面趋于最小化的力。
当液体分子位于表面时，宮assuming链也被称为表面张力，它使得液体表面收缩成所能达到的最小面积。
液体表面张力是一种与表面相关的性质，通常用γ表示。
它的单位是N/m（牛顿/米）。
液体表面张力原理是液体分子之间的相互作用结果。
在液体表面，分子受到的吸引力来自于水平方向的分子，而在垂直方向上则受到较小的吸引力，这使得液体表面上的分子会相互靠拢，形成一个相对紧凑的结构。
这种结构使得液体表面呈现出强大的张力，可以支撑一定重量的物体。
液体表面张力的存在使得许多有趣的现象成为可能，比如水滴的形成和漂浮、植物的输送和吸收水分、昆虫在水面上行走等等。
液体表面张力也是许多实用技术和应用中的关键因素，比如洗衣粉的去污原理、洗涤机洗衣时的去污和漂洗效果等等。
总的来说，液体表面张力原理是液体分子间相互作用的结果，它使液体表面形成一个相对于液体内部更加紧凑的结构，从而展现出强大的张力。
这种性质不仅在自然界中产生了许多有趣的现象，也在科技和工程领域中具有重要的应用价值。
实验讲义液体表面张力
实验讲义-液体表面张力系数的测量许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。
例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。
液体表面在宏观上就好像一张绷紧的橡皮膜，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，用表面张力系数σ来描述。
因此，对液体表面张力系数的测定，可以为分析液体表面的分子分布及结构提供帮助。
液体的表面张力系数σ与液体的性质、杂质情况、温度等有关。
当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。
一般来讲，密度小，易挥发液体σ小；温度愈高， σ愈小。
测量液体表面张力系数有多种方法，如拉脱法，毛细管法，平板法，最大泡压法等。
本实验是用拉脱法和毛细管法测定液体的表面张力系数。
【实验目的】1．用拉脱法测量室温下液体（水）的表面张力系数；2. 用毛细管法测量室温下液体（水）的表面张力系数；3．学习力敏传感器的使用和定标。
【实验原理】一、拉脱法测量一个已知周长L 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，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即 122()F L D D σσπ=⋅=⋅+ （1）式中，F 为脱离力，D 1，D 2分别为圆环的外径和内径， σ为液体的表面张力系数．脱离力的测量应该为即将脱离液面测力计的读数F 1减去吊环本身的重力mg 。
吊环本身的重力即为脱离后测力计的读数F 2。
所以表面张力系数为：)()(2121211D D F F D D mg F +-=+-=ππσ (2) 硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即ΔΔU K F = （3）式中，∆U F 为外力的大小，K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，∆U 为传感器输出电压的大小。
1液体的表面张力详解
表面张力的演示实验（1）
圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的 膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；
表面张力的演示实验（2）
橄榄油滴 浮在同密度的水和酒精 的混合液体中，由于表面张力的 作用，油滴形成完美的球形。
一、表面张力
1.现象： (1).液体表面有收缩到最小的趋势；
2 R
PA
PC
4 PC PA R
液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。 同样处在大气压下，液泡半径越小，内外的压强 差越大;
补充： ※向带有活塞的三通玻璃管 吹气使两端分别挂上大小不一的肥 皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观 察气泡的变化?
发现小泡将越来越小，大泡越胀 越大。这就是小泡的附加压强大于 大泡的附加压强的缘故。
附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；
三、球形液面的附加压强---拉普拉斯公式
设有一半径为R的球形液滴，其表 面张力系数为 ，是凸液面，则液 滴表面层内外的压强:
P内＝P外 ps
在液体表面，取微小球冠形液 体元，球冠的边缘线l存在表面张 力F，沿球冠表面切线方向。 由于球冠很小，忽略其重力。 l
h
2 1 1 5.4cm g R r
五、润湿与不润湿
1. 定义
润湿: 液体沿固体表面 延展的现象，称液体润 湿固体。(水—玻璃) 不润湿：液体在固体表面 上收缩的现象，称液体不 润湿固体。(水—石蜡) 润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。
2. 微观解释
3、要注意避免气体栓塞
（1）肌注、输液、输血时要防止气泡进入。
（2）人员从高压环境中脱离时（如：潜水 员由深水上浮），应采取减压缓冲措施， 避免血管中气泡形成。 （ 3 ）植物体内输送营养液的导管很细，若 温度突然升高，溶解在液汁中的气体会析出 形成气泡，导管栓塞，一部分枝叶因缺乏营 养液的补充而凋萎。
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液体表面张力系数的测量
许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。
例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。
液体表面在宏观上就好像一张绷紧的橡皮膜，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，用表面张力系数σ来描述。
因此，对液体表面张力系数的测定，可以为分析液体表面的分子分布及结构提供帮助。
液体的表面张力系数σ与液体的性质、杂质情况、温度等有关。
当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。
一般来讲，密度小，易挥发液体σ小；温度愈高， σ愈小。
测量液体表面张力系数有多种方法，如拉脱法，毛细管法，平板法，最大泡压法等。
本实验是用拉脱法和毛细管法测定液体的表面张力系数。
【实验目的】
1．用拉脱法测量室温下液体（水）的表面张力系数；
2. 用毛细管法测量室温下液体（水）的表面张力系数；
3．学习力敏传感器的使用和定标。
【实验原理】
一、拉脱法
测量一个已知周长L 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，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即 122()F L D D σσπ=⋅=⋅+ （1）
式中，F 为脱离力，D 1，D 2分别为圆环的外径和内径， σ为液体的表面张力系数．脱离力的测量应该为即将脱离液面测力计的读数F 1减去吊环本身的重力mg 。
吊环本身的重力即为脱离后测力计的读数F 2。
所以表面张力系数为：
)
()(2121211D D F F D D mg F +-=+-=ππσ (2) 硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即
ΔΔU K F = （3）
式中，∆U F 为外力的大小，K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，∆U 为传感器输出电压
的大小。
综合（2）和（3）得表面张力系数为：
K
D D U )(21+∆=
πσ （4） 二、毛细管法 将玻璃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。
在液体表面张力的作用下，凹面有变平的趋势，因此
下层的水受到一个提升的力，或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1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 点仍于水面上方的大气压强相
等。
在此压差的作用下，水将从管外流向管内使管中
水面升高，直至B 点和C 点的压强相等为止，如图1
（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Δp ，则水面平衡的条件应
当是
22cos p r r ∆ππσθ= （5）
式中r 为毛细管半径，θ为接触角，σ为表面张力系数。
如水在毛细管中上升的高度为h ，则
gh p ρ=∆
式中ρ为水的密度。
将此公式代入式（5），可得
22cos gh r r ρππσθ=
2cos ghr ρσθ
= （6） 对于清洁的玻璃和水，接触角θ近似为零，则
12
ghr σρ= （7） 测量时是以管中凹面最低点到管外水平液面的高度为h ，而在此高度以上，在凹面周围还有少量的水，因为可以将毛细管中的凹面看成为半球形，所以凹面周围水的体积应等于
（πr 2）r －)34(213r π＝331r π＝)(32r r π, 即等于管中高为3
r 的水柱的体积。
因此，上述讨论中的h 值，应增加3
r 的修正值。
于是公式（7）成为
11()()2346
r d gr h gd h σρρ=+=+ （8） 由此可见，通过测量毛细管内径d ，液面高h 就可以得到液体表面张力系数σ。
【实验仪器】
拉脱法液体表面张力系数测量装置一套（支架及升降台，力敏传感器，数字电压表，砝码七片，金属吊环，砝码盘，镊子，玻璃器皿待等），毛细管法测量液体表面张力系数装置一套（读数显微镜，烧杯，玻璃毛细管等），台灯，待测液体（如水）等。
【实验内容】
1、拉脱法测量水的液体表面张力系数
（1）实验准备：预热数字电压表10分钟。
（2）对力敏传感器定标：将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上，对数字电压表调零，然后将七片砝码依次一片片放在砝码盘上，再依次一片片取出，待稳定后记下电压表的读数U i（每片砝码为0.500g），将数据填入自拟数据表格中。
（3）测量液膜拉断前和拉断后的电压表示数：（a）取下砝码盘，换上吊环；（b）将装有液体的玻璃器皿安放在升降台上；（c）调整吊环，使吊环下沿平面与玻璃器皿内的水面平行；（d）调节升降台，让环浸入水中；慢慢降低升降台，观察力敏传感器示数；测量液膜即将拉断前和拉断后的读数U1和U2；（e）重复（d）6次，将数据填入自拟数据表格中。
2、毛细管法测量水的液体表面张力系数
（1）将装水的烧杯安放在支架上。
（2）将洗净烘干的毛细管插入液体，使之铅直，观察液面高度。
（3）用读数显微镜测量毛细管中液柱高度h和内径。
各重复测量5次，将数据填入自拟数据表格中。
【数据处理】
1、硅压阻力敏传感器定标
用最小二乘法处理数据，求得力敏传感器的灵敏度K及相关系数r。
2、拉脱法测量水的表面张力系数
根据公式计算出水的表面张力系数σ，然后与实验室温度下的标准值比较，分析误差原因。
3、毛细管法测量水的表面张力系数
根据公式计算出水的表面张力系数σ，然后与实验室温度下的标准值比较，分析误差原因。
已知：武汉地区的重力加速度g = 9.79338 m/s2，吊环内外直径D1=3.310 cm，D2=3.496 cm，水的密度及水的表面张力系数随温度变化的标准值参见实验室提供的数据。
【注意事项】
1、确保吊环、毛细管、盛液器皿等的清洁，可用NaOH溶液洁净油污等后再用纯净水冲洗干净，并用热吹风吹干或凉干。
2、使用力敏传感器时要细心，拉力不能超过0.098N。
3、给力敏传感器定标时，要用镊子取用砝码，绝不能用手拿取。
4、使用读数显微镜时要注意消除视差和空程差。
5、实验结束后，清点并整理好所用仪器及附件；将吊环、毛细管、砝码等放在盒子里，不得乱放。
【思考题】
1、若吊环下沿所在平面与液面不平行，测得的表面张力系数是大了还是小了？
2、拉脱过程中为什么U1会经历一个先增大后减小的过程？为什么计算表面张力需用拉断
前一瞬间的读数而不是最大值作为U1？。