实验报告：表面张力的测定

实验报告：表面张力的测定

一、实验目的

1．液体表面张力的测定，了解物质体系性质、溶液表面结构、分子间相互作用（特别是表面分子相互作用），可用来帮助计算等张比容，工业设计中用来帮助估算塔板效率等。

2．熟悉表面张力中常用的测定方法：（1）毛细管升高法（2）滴重法。

二、实验原理 （1）毛细管升高法： 当一根洁净的、无油脂的毛细管浸进液体，液体在毛细管内升高到h 高度。在平衡时、毛细管中

液柱重量与表面张力关系为2

2cos r r g h πγθπρ= 2cos g hr ργθ

= 式中，γ为表面张力，g 为重力加速度，ρ为液体密度，r 为毛细管半径。

如果液体对玻璃润湿θ=0，cos θ=1，则2

g hr ργ=。 （2）滴重法：

当达到平衡时，从外半径为r 的毛细管

滴下的液体质量，应等于毛细管周边乘

以表面张力，即2mg r πγ=式中：m 为

液滴质量，r 为毛细管外半径，γ为表面

张力，g 为重力加速度。

事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。

因此，式中给出的仅仅是理想液滴。经

实验证明，滴下来的液滴大小是V/3

r 的

函数，即有f(V/3r )所决定（其中V 是液滴体积）所以式子可变为32(/)mg ryf V r π=或32(/)

mg rf V r γπ=其中F 称为校正因子。 三、实验仪器

毛细管升高法：约25cm 长、0.2mm 直径的毛细管毛细管，读数显微镜，小试管，25°C 恒温槽。

滴重法：毛细管（末端磨平），称量瓶，读数显微镜。

四、实验步骤

毛细管升高法：

1、将毛细管洗净、干燥，于小试管中倾入蒸馏水，按图装好。

2、用吸耳球在X 管处慢慢地将空气吹入试管中，待毛细管中液体升高后，停止吹气并

使试管内外压力相等。待液体回到平衡位置，用度数显微镜测量其高度h 。测定完毕后从X 管吸气，降低毛细管内液面，停止吸气并使管内外压力相等，恢复到平衡位置测量高度。如果毛细管洁净，则两次测量的高度应相等，否则应清洗毛细管。

3、测定毛细管内径。将毛细管插入高锰酸钾溶液后，洗净毛细管外层，用读数显微镜

测量毛细管的内径。

4、用密度计测量高锰酸钾的密度。

滴重法：

1、按图二装好仪器，把待测液体充满毛细管，并调节液位使液滴按一定时间间隔滴下。

在保证液滴不受震动的条件下用称量瓶搜集30滴，用电子分析天平称重。

2、用游标卡尺测量毛细管的外径。

3、从液滴重量及液体密度计算滴下液滴体积。然后求出v/r 3数值，从表中查出校正因

子F 数值。根据式子求出表面张力。

五、数据记录

毛细管升高法：

升高高度h/cm

5.67 5.67 溶液密度ρ/(g/3cm ) 0.9981

内径r/mm

0.654 (读数显微镜) 0.220（用水测定毛细管升高h ，计算

所得）

滴重法：

液体+瓶质量m1/g

26.1130 瓶质量m2/g

22.8806 外径r/mm

7.64 六、数据处理

毛细管升高法： m N cm N mm cm g N cm g ghr /0907.0/1007.92

102654.067.5/108.9/9981.02433=⨯=÷÷⨯⨯⨯⨯==

--ργ 滴重法：

cm cm cm h 67.5267.567.5=+=

m N cm N cm g N g g r Fmg r V rf mg /0891.0/1091.8308.0/108.931)2500.226128.25(2581.0)

/(2433=⨯=⨯⨯÷-⨯===--πγ

七、误差分析

一．1.用毛细管升高法测升高的高度时，精确度不好，因为液面的选取比较困难，误差有几个毫米至多，而且由于是隔着观测，读数的准确度也降低了。

2.由于内径用读数显微镜，由于光学仪器往往使用起来较困难，而且由于固定毛细管的是泡沫，容易变形，即导致读数显微镜容易发生扭曲，而改变显微镜中的读数，造成误差。

3.毛细管内不干净，造成误差。

4.毛细管用洗液灌洗后为用去离子水冲干净，有部分洗液依附于管壁。

5.管内水柱未完全静止就测量。

6.测量水柱高度仪器精度不足，实验者读数时未使液面对准直尺0刻度。

7.测量毛细管内半径时，读数和对显微镜调焦不准确，调焦后未使管壁清晰可见。

8.对于滴重法要求没有震动，但在实验过程中很难保证。

9.用游标尺测量毛细管外径时，读数不准。

二．思考题

1.如何调节读数显微镜？

答：①使显微镜镜筒位于标尺中部；

②用合适的光源照明被测物，调节照明方向，使视场明亮；

③调节目镜，使十字叉丝清晰；

④调节镜筒的工作距离（调焦），使像清晰并要消除视差。

2毛细管中水面为什么能上升？如果将毛细管插入盛有水银的器皿中，水银液面是否上升？

答：通过洗耳球对毛细管吹气，使毛细管中的空气排出，拿去洗耳球后，毛细管内压强

减少到小于大气压，水就被压上毛细管，又由于水的表面张力的存在，到一定高度水就下不来。若是水银就不会上升，因为水银不润湿毛细管壁液面不升反降。

3．使用毛细管前为什么要用洗液灌洗？

答：毛细管结构精细，任何小杂质都有可能堵塞毛细管或依附在管壁上使管壁不光洁，从而使测量得到的数据不准确。