溶液表面张力的测定拉环法
简述拉脱法测液体表面张力系数的原理
简述拉脱法测液体表面张力系数的原理
液体表面张力是液体表面上的分子间的相互作用力。
用拉脱法来测量液体表面张力系数，是通过拉伸液体表面，使分子间距离增大，从而测量表面张力的大小。
测量液体表面张力需要用到一些实验器材，如拉脱力计、环状容器和液体样品等。
首先需要在环状容器中加入液体样品，并使其表面平整，然后在液体表面上加入一个小的铁环，通过拉脱力计来慢慢拉伸液体表面，直到液体表面上的铁环脱离。
在拉伸的过程中，拉脱力计所显示的拉力就是液体表面张力的大小。
通过测量不同液体表面张力对应的拉力大小，就可以计算出液体表面张力系数。
拉脱法测量液体表面张力系数的原理是基于表面张力是由于表面上的分子间的相互作用力所引起的。
因此，当液体表面受到外力拉伸时，液体表面上的分子间距离增大，相互作用力减小，表面张力也会减小。
当液体表面上的相互作用力被完全克服时，液体表面上的铁环就会脱离。
拉脱法可以测量各种液体的表面张力系数，如水、酒精、油等。
不同的液体表面张力系数的大小是不同的，这主要是由于表面分子之间的力大小不同所引起的。
在实际应用中，液体表面张力的大小会对很多物理现象产生影响，例如液滴的形状、液体在容器中的高度、吸管的原理等。
拉脱法是一种测量液体表面张力系数的有效方法，通过测量不同液体表面张力对应的拉力大小，可以计算出液体表面张力系数。
液体表面张力系数的大小对很多物理现象产生影响，因此对液体表面张力的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
表面张力系数的测定(拉脱法)
表面张力系数的测定（拉脱法）一、实验目的：1、用拉脱法测量室温下水的表面张力系数2、学习约利秤的使用方法二、实验仪器和用具：约利秤、金属框、砝码、玻璃皿、温度计、游标卡尺、蒸馏水等。
三、实验原理：设在力F 作用下弹簧伸长L ，根据胡克定律可知：F=KL 式中K 为弹簧的倔强系数。
液体表面如同紧张的弹性薄膜，都有收缩的趋势，所以液滴总是趋于球形。
这说明液体表面存在一种张力，它不是弹性形变引起的，被称为表面张力。
假设在液面上有一长度为L 的线段，则张力的作用表现在线段两侧液面以一定的力F 相互作用，而且力的方向与线段垂直，其大小与线段L 成正比，即F=TL ，T 为液体表面张力系数。
将一金属框细线浸入水中后慢慢地将其拉出水面，在细线下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，则有：①F=W+·TL+Ldh ρg F ：向上的拉力 W ：金属框的重力和所受浮力之差L ：金属线的长度 d ：细线的直径，即水膜的厚度 h ：水膜被拉断时的高度ρ：水的密度 g ：重力加速度 Ldh ρg ：水膜的重量，由于细线的走私很小，所以这项值不大。
由于水膜有前后两面，所以上式中的表面张力为2TL 。
从式①可得：Lg Ldh W F T 2)(ρ--=四、实验内容1、测量弹簧的劲度系数K将弹簧挂在约利秤上，调节支架的底脚螺旋，使M 穿过G 的中心，这时弹簧将与A 柱平行。
在秤盘F 上加1.00克砝码，旋转E 使弹簧上升，直至三线重合为止。
这时用游标读出标尺值L ，以后每加0.5 克砝码记一次L 值，直至加到3.5克时再逐渐减下来，用分组求差法,将多次测得数据取平均值，求出倔强系数K 值。
2、测（F-W ）值将盛有洁净水的玻璃皿置于平台H 上，使金属框浸入水中，调节M ，使其刻线位于零点稍下方。
用一只手慢慢调节E ，使弹簧向上伸长，另一只手慢慢调节S ，使玻璃皿下降。
要求在这过程，G 始终停在零点不动。
当金属框刚好达到水面时，记下旋钮S 的位置S 1，继续转动E 和S ，直至水膜被破坏时为止，记下B 上标尺读数L 1（用游标读到0.1mm ）和旋钮S 的位置S 2。
拉脱法测量液体的表面张力系数
（3）将片状吊环洗净，挂在小钩上，调节升降螺母，将其浸没于液体中, 反方向调节升降螺母，液面逐渐下降，这时，金属环和液面形成一 环形液膜，继续使液面下降，测出液膜拉断前瞬间电压表的读数U1 和液膜拉断后瞬间电压表的读数U2。
（4）把测量的数据输入编写的程序，计算得到传感器的灵敏度B和液体
（3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对 不同直径吊环的多次试验，发现当调换 直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉 破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm左 右。在保持接触角为零时，能得到一个 较大的待测力。
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3. 实验原理
使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2
此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1
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片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg 同样有 U2 = BF2 片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为：
液膜拉破后瞬间的受力分析图
U1－ U2 = △U = B·△F = B（F1－ F2）= Bαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:
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2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一 定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信 号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信 号转换成电信号输出的。
物理化学：12.04 液体表面张力的测定方法
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三、圆环法
圆环平放液面上， 测定圆环被拉离液 面所需的力。
P = W环 2 R内 2 R外 = W环 4 R平均
P W环 f 4R
（ f 为修正系数，用已 知 的液体来校正）
2021/3/19
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四、最大泡压法
用毛细管插入液相 表面，向内吹气 （调节压力P 使气 泡逐步形成，越慢 越好并破裂）。
气泡形成中其底部较偏平, 原因是底部水压 ( g h) 值稍大些。
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• 此时， P 应该略大
于 P0 + PS • P P0 + PS
PS P P0 = 2R f
P P0
（ f 为修正系数， 用已知 的液体
2R f 来校正）
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5Leabharlann §12.4 液体表面张力的测定方法
一、毛细管上升法 h 2 Cos 2
gR gR
条件：液体需完全润湿， = 0，否则 值较难测定。
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二、滴重法
毛细管滴尖滴液，称重 液滴平均重量 W。
W = 2R f
f 为修正系数，用已知 的液体来校正；
界面边界线：圆周长 2 R
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溶液表面张力的测定
希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！实验二十六 溶液表面张力的测定(一) 最大气泡法【目的要求】1. 掌握最大气泡法(或扭力天平)测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。
2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量, 由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。
【实验原理】1. 溶液中的表面吸附从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA ，就需对其做功，其大小应与ΔA 成正比：－W ′＝σ·ΔA (1)如果ΔA 为1m 2，则－W ′＝σ是在恒温恒压下形成1m 2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J ·m -2。
也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N ·m -1。
在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。
根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：TC RT C Γ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=d d σ (2) 式中，Г为溶质在表层的吸附量；σ为表面张力；C 为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。
当 TC ⎪⎭⎫ ⎝⎛d d σ＜0时，Г＞0称为正吸附；当 T C ⎪⎭⎫ ⎝⎛d d σ＞0时，Г＜0称为负吸附。
吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。
引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物质，被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列，决定于它在液层中的浓度，这可由图2-26-1看出。
图2-26-1中(1)和(2)是不饱和层中分子的排列，(3)是饱和层分子的排列。
实验表面张力的测定1(精)
实验液体表面张力的测定-------拉环法测定溶液的表面张力一、实验目的1.掌握拉环法表面张力仪测定表面张力的原理和技术。
2.通过对不同浓度待测溶液表面张力的测定,加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量的关系的理解。
3.了解影响表面张力的因素。
二、实验设备界面张力仪一套(JZHY-180型) 移液管待测溶液容量瓶酒精灯或铬酸溶液滤纸烧杯三、实验原理拉环法是应用相当广泛的方法,它可以测定纯液体及溶液的表面张力,也可以测定液体的界面张力.界面张力仪是一种用物理方法测试液体的表面和液体与液体之界面张力的仪器.当铂金环与液面接触后,再慢慢向上提升,则因液体表面张力的作用而形成一个液体的圆柱,如图所示,这时向上的总拉力p将与此液柱的质量相等,也与内外两边的表面张力之和相等,即W=mg=2πσ'R+2πσ('R+2r)= 4πσ('R+r)= 4πσR(1) 式中: m为液柱的质量; 'R为环的内半径; r为环丝半径;R为环的平均内径,即R='R+r; σ为液体的表面张力但(1)式是理想的情况,与实际不相符合,因为被拉起的液体并非是圆柱形的,而是如图所示.实验证明,环拉起的液体的形状是R3/V和R/r的函数,同时也是表面张力的函数.因此式(1)必须乘以一个校正因子F才能得到正确的结果.σ=MF式中,M为膜破裂时刻度盘读数,mN/m.2=+-+-F M C D d R r0.072500.01452/(())0.04534 1.679/(/)M: 显示的读数指mN/m C: 环的周长R: 环的半径D: 下相密度d: 上相密度r: 铂金丝的半径在此实验中C=6.00cm R=0.955cm r=0.03cmD为液体的密度d是气体的密度所以调整因子简化为0.07250F=四、实验步骤1. 配置0.50mo l L-1和0.60mo l L-1正丁醇水溶液各100ml.然后,再利用已配置好的这两个浓溶液配置下列浓度的稀溶液各50ml: 0.02mo l·L-1、0.05mo l·L-1、0.10mo l·L-1、0.20mo l·L-1、0.30mo l·L-1、0.40mo l·L-1.2. 将界面张力仪放在不振动且平稳的地方,然后调到水平状态.3. 将铂金环和玻璃杯进行清洗,去除掉污垢和杂质.4. 用少量待测溶液倘洗玻璃杯,然后将待测溶液注入玻璃杯中，深度约为20~25mm,并将玻璃杯置于样品座上。
(整理)溶液表面张力的测定(拉环法)
溶液表面张力的测定（拉环法）一实验目的（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。
（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。
二实验原理（1）表面张力在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。
位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。
比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。
（2）影响表面张力的因素液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。
（3）表面张力与吸附量的关系表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：Γ= -（dγ/dc）T（c/RT）其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。
b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。
溶液的饱和吸附量：c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞分子的截面积：S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034（4）吊环法测表面张力的原理测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。
吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。
拉脱法液体表面张力系数的测定
液体表面张力系数的测定一 实验目的1． 用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法。
2． 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
3． 测量自来水的表面张力系数。
二 实验仪器FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪 1套 游标卡尺（精度为0.02mm ） 三 实验原理一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为απ)(21D D f += （1） 式中：1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα （2）实验中，液体表面张力可以由下式得到：B U U f /)(21-= （3）B 为力敏传感器灵敏度，单位mV/N 。
1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉断时数字电压表的读数。
四 实验内容与步骤1． 开机预热，调节仪器水平。
2． 清洗玻璃器皿和吊环。
3． 将吊盘轻轻地挂在力敏传感器的钩上（注意：传感器挂钩所承受力的范围是0~0.098N 。
挂钩上不能挂太重的物体，以防损坏仪器）。
若整机已预热3分钟以上，可对力敏传感器定标：（1） 在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻；（2） 将6个砝码依次放入吊盘内，每增加1个砝码记录一次数字电压表示数计入表1中。
4． 在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
5． 用游标卡尺测定吊环的内、外直径，数据计入表2中。
然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过程中，观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。
记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U 1，拉断时瞬间数字电压表读数为U 2，每次测量后,调节调零旋纽,使每次测量的U 1、U 2不相同。
实验九(a)液体表面张力系数的测定(用拉脱法)
实验九（a）液体表面张力系数的测定（用拉脱法）实验目的1．使用拉脱法测定室温下水的张力系数。
2．学会使用焦利氏秤测量微小力的方法。
实验仪器焦利氏秤，砝码，烧杯，温度计，酒精灯，蒸馏水，游标卡尺。
焦利氏秤是本实验所用主要仪器，它实际上是一个倒立的精密的弹簧秤。
如图所示。
仪器的主要部分是一空管立柱A和套在A内的能上下移动的金属杆B，B上有毫米刻度，其横梁上挂有一弹簧D，A上附有游标C和可以移动的平台H（H固定后，通过螺丝S 微调上下位置），G为十字线，M为平面镜，镜面有一标线，F为砝码盘。
实验时，使十字线G的位置不变。
转动旋钮E可控制B和D的升降，从而拉伸弹簧，确定伸长量，根据胡克定律可以算出弹力的大小。
焦利氏秤上常附有三种规格的弹簧。
可根据实验时所测力的最大数值及测量精密度的要求来选用。
实验原理实验内容1．按照如图3－9a－1所示安装好仪器，挂好弹簧，调节三脚底座上的螺丝，使金属管A、竖直弹簧D互相平行，转动旋钮E使三线对齐，读出游标０线对应在Ｂ杆上刻度的数值Ｌ0。
2．测量弹簧的倔强系数K。
依次将质量为1.0g，2.0g，3.0g，…9.0g的砝码加在下盘内。
转动旋钮E，每次都重新使三线对齐，分别记下游标０线所指示在B杆上的读数L1、L2、…L9，用逐差法求出弹簧的倔强系数。
K1＝5g/（L5－L0）、K2＝5g/（L6－L1）、K3＝5g/（L7－L2）、K4＝5g/（L8－L3）、K5＝5g/（L9－L4），－9a－5）3．测（F－mg）值。
将金属片（常用金属丝U形框）仔细擦洗干净，此时再放在酒精灯上烘烤一下，然后把它挂在砝码盘F下端的一个小钩子上，转动旋钮E使三线对齐，记下此时游标０线指示B杆上读数S0。
把装有蒸馏水的烧杯置于平台H上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动H下端旋钮S使H缓缓下降，由于水的表面张力作用，上面已调好的三线对齐状态受到破坏，需要重新调整使三线对齐。
然后再使H下降一点，重复刚才的调节，直到Ｈ稍微下降，金属片脱出液面为止，记下此时游标０线所指示的B杆上读数S，算出（S－S0）值，即为在表面张力作用下，弹簧的伸长量，重－9a数据处理自拟表格记录数据，并根据公式求出水的表面张力系数α的值。
拉脱法测液体表面张力
6.支架. 7.固定螺丝. 8.航空插头. 9 . 底座. 10.数字电压表. 11.调零旋纽
数字电压表
调零旋钮
环状金属吊片
干湿温度计
实验中还必须测量 实验室当时的温度。因 此，实验室备有干湿温 度计，干湿温度计除了 可以用来测量室温以 外，还可以测量实验室 的相对湿度。
干 温 度 计
实验内容
拉脱法测定液体的表面张力系数
液体表面就好象是一张蹦紧的弹性薄膜,液体 表面的表面张力。可以用它来说明泡沫的形成， 浸润和毛细现象等。表面张力垂直于液体表面任 何一条线段并沿着液体表面，作用于单位长度上 的张力称为表面张力系数，用α表示。
F L
其中F为作用于线段L上的张力。
实验原理
用测量一个已知周长的金属片从待测液体表 面脱离时所需要的力，来求得该液体的表面张力 系数的方法称为拉脱法。 实验中我们用的是环状金属吊片. L=π（D1+D2） F=απ（D1+D2）
实验装置
采用硅压阻式力敏传感器来测量 液体和环状金属吊片之间的表面张 力，在外力作用下，输出的电压和 外力成正比。 ΔU=KF 式中F为外力，K为硅压阻式力敏传感 器的灵敏度，单位是V / N，ΔU为传 感器输出的电压值。
实验装置的结构见下图
1.调节螺丝. 2.升降螺丝. 3.玻璃器皿. 4.吊环. 5.力敏传感器
●测量金属圆环的内外直径D1、D2（6～10次取平均)
D1/cm
D2/cm
●清洗环状金属吊片和器皿
3.测定液体的表面张力系数α
●吊片的下沿和液面平行 ●多次测量(5次,每次测量的U1、U2不相同)
每次测量后,调节调零旋纽,使每次测量的U1、U2不相同
数据处理
●用图解法求出力敏传感器的灵敏度K ●求出内外半径的平均值 D1、 D2 ●根据5次测量的 U1、U2、U3、U4、U5 计算α1、α2、α3、α4、α5 ●误差处理：计算表面张力系数的平均值和平均 值的标准偏差 1 2 5 = 5
液体的表面张力系数测量
用不确定度表示测量结果
u
U r
u
相对误差的计算
Er
真 真
100%
数据处理计算过程
U K(D1 D2)
ur
（
ln U
）（2 uu）2
（
ln D1
）2(uD1
)2
(
ln D 2
)2(u
D
2
)2
Su
6
(U 1i U 1)2
使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2
此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1
（二）实验目的
1、用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该 传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法 。 2、观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理 现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研 究，加深对物理规律的认识。 3、测量纯水的表面张力系数。
（三）实验原理
1、几个基本的知识点
（1）液体的表面张力f 液体表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线 两侧的液体的相互作用拉力，其方向沿液体表面，且 恒与分界线垂直，大小于分界线的长度成正比：
f = αL α称为液体表面张力系数，单位为N.m-1。与液体的 温度、纯度、种类以及它上方的气体成分有关。
（2）浸润与不浸润现象
浸
溶液表面张力的测定拉环法
溶液表面张力的测定（拉环法）一实验目的（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。
（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。
二实验原理（1）表面张力在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。
位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。
比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。
（2）影响表面张力的因素液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。
（3）表面张力与吸附量的关系表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：Γ= -（dγ/dc）T（c/RT）其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力a 若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。
b 若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。
溶液的饱和吸附量：c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞分子的截面积：S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034（4）吊环法测表面张力的原理测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。
吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。
实验1液体表面张力系数测定(拉脱法)
实验1 液体表面张力系数测定（拉脱法）【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．测量纯水和其它液体的表面张力系数。
【实验仪器】温度计，液体表面张力测定装置（如图5-2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。
【预习要求】1. 推导测量公式。
2. 列出实验步骤与记录表。
【实验依据】表面张力是指作用于液体表面上任一假想直线的两侧、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写液体表面张力的大小。
设想在液面上一长度为L的直线，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直线，拉力的大小正比于L，即f=aL，式中a表示作用于直线的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有关。
不同的液体由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子间力而具有不同的表面张力。
实验表明温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，二者通常相当准确地成直线关系。
表面张力与液体中含有的杂质有关，有的杂质能使表面张力减小，有的却使之增大。
表面张力还与液面外的物质有关。
如图5-1 所示,将表面清洁的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中, 使液面下降，当吊环底面与液面平齐或略高时, 由于液体表面张力的作用, 吊环的内、外壁会带起液膜。
图5-1 拉脱过程吊环受力分析平衡时吊环重力mg 、向上拉力F 与液体表面张力f （忽略带起的液膜的重量） 满足ϕcos f mg F += (1)在吊环临界脱离液体时, 0≈ϕ, 即1cos ≈ϕ, 则平衡条件近似为)]([21D D mg F f +=-=πα (2)式中1D 为吊环外径, 2D 为吊环内径。
拉脱法测量水的表面张力系数原理
拉脱法测量水的表面张力系数原理
拉脱法是一种常用的测量液体表面张力系数的方法。
其原理基于拉脱法测量液体静力平衡的基本原理。
在拉脱法中，首先需要将一个环状的测量环浸入待测液体中，使其完全浸没并与液体表面相接触。
然后，缓慢地将测量环从液体中拔出，使液体附着在环上形成一个单一的液滴。
液滴的形成是由于液体表面张力作用的结果，液滴的大小和形状受到表面张力的影响。
为了测量液体的表面张力系数，可以通过施加一个逐渐增加的拉力来拔出液滴，直到液滴从环上完全脱离。
在液滴与环脱离时，液滴表面张力与外界作用力（拉力）相平衡。
据此，可以利用杨氏定律计算液体的表面张力系数。
具体来说，根据拉脱法的原理和杨氏定律，可以得到以下的测量公式：
表面张力系数 = 拉力 / （环长度 ×液滴长度）
其中，拉力就是用于拔出液滴所施加的力，环长度是测量环的周长，液滴长度是从液滴的底部到顶部的长度。
通过这种拉脱法测量液体表面张力系数的方法，可以得到较为准确的结果。
需要注意的是，在实际操作中，还需考虑其他因素的影响，如环的形状、液滴的形态等，以保证测量结果的准确性。
拉脱法测量液体的表面张力系数
拉脱法 测量液体的表面张力系数
主要内容
一、基本知识点 二、实验仪器 三、实验原理 四、实验内容 五、实验现象的受力分析
(2) 20克白糖50克水，t = 24℃， α2
U1(mv) 7.7 12.5 9.6 8.8 8.0 6.6 U2(mv) -15.2 -12.3 -10.6 -14.7 -17.2 -16.8
(3) 20克白糖50克水，t = 24℃， α3
U1(mv) 9.8 9.5 9.6 9.5 9.6 9.4 U2(mv) -13.4 -13.5 -13.2 -13.4 -13.0 -13.4
6
2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一 定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信 号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信 号转换成电信号输出的。
（2）结构简图
1.力臂固定点 2.硅力敏传感芯片 3.弹性梁 4.挂钩
7
（3）原理
灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏传感器的电压改变量为 B mv。
（3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对 不同直径吊环的多次试验，发现当调换 直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉 破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm左 右。在保持接触角为零时，能得到一液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
拉脱法测表面张力实验报告
拉脱法测表面张力实验报告引言表面张力是液体分子间相互作用力导致液体表面收缩的物理现象。
拉脱法是一种常用的测量表面张力的方法。
本实验旨在通过拉脱法测量液体的表面张力，并探讨不同条件下对表面张力的影响。
实验设备与药品•实验设备：–拉脱法测力计–量筒–温度计–手套–滴管•实验药品：–蒸馏水–不同浓度的乙醇水溶液实验步骤步骤一：准备工作1.检查实验设备是否完好，确保测力计的灵敏度符合实验要求。
2.清洗实验设备，以防污染对实验结果的影响。
3.戴上手套，以避免手指的污染。
步骤二：测量蒸馏水的表面张力1.在量筒中注入足够的蒸馏水，并记录初始体积。
2.将测力计固定在量筒上方，并将测力计的刻度归零。
3.缓慢地将测力计向上拉取，直到蒸馏水与测力计分离为止。
4.记录测力计上显示的拉力数值，并转换为重力单位（如牛顿）。
5.重复上述步骤3-4，至少进行三次测量，取平均值作为蒸馏水的表面张力。
步骤三：测量乙醇水溶液的表面张力1.准备不同浓度的乙醇水溶液，确保溶液的温度与蒸馏水相同。
2.重复步骤二中的实验步骤，分别测量不同浓度的乙醇水溶液的表面张力。
步骤四：温度对表面张力的影响1.测量蒸馏水的表面张力时，记录蒸馏水的温度。
2.重复步骤二中的实验步骤，在不同温度下测量蒸馏水的表面张力。
3.将测得的表面张力与温度的关系绘制成图表，分析温度对表面张力的影响。
结果与讨论根据实验数据得出的结果如下：•蒸馏水的表面张力为X（单位：牛顿/米）。
•不同浓度的乙醇水溶液的表面张力分别为Y1、Y2、Y3（单位：牛顿/米）。
•温度对蒸馏水的表面张力的影响如图所示（插入温度-表面张力关系图）。
从实验结果可以得出以下结论：1.蒸馏水的表面张力较高，说明蒸馏水分子间的相互作用力较强。
2.乙醇水溶液的表面张力随着乙醇浓度的增加而减小，说明乙醇分子的存在削弱了溶液的表面张力。
3.温度的升高会导致蒸馏水的表面张力减小，表明温度升高会削弱液体分子间的相互作用力。
测定表面张力的方法
测定表面张力的方法
测定表面张力的常用方法有以下几种：
1. 杜瓦廉法（Du Noüy ring method）：在液体表面放置一个环，逐渐提高环的重力直到液体将其从液体表面拉开。
测量液体在环被拉开前所产生的最大力，根据公式计算表面张力。
2. 杜瓦廉-拉-皮雷法（Du Noüy ring-plate method）：在液体表
面放置一个与液面几乎平行的平板，通过逐渐向下拉平板直到液体从平板上脱落，测量液体在平板上拉开前所产生的最大力，并计算表面张力。
3. 泰普拉-比尔法（Trapezoid drop weight method）：将液体滴
在两个斜面之间的凹槽中，测量液滴从凹槽中滑落时凹槽受到的力。
根据公式计算表面张力。
4. 针管法（Capillary rise method）：将细长的毛细管（例如玻
璃管）插入液体中，测量液体在毛细管中上升的高度。
根据公式计算表面张力。
5. 悬滴法（Drop weight method）：将一定量的液体悬挂在一
个称重的导管末端，然后逐渐增加导管的负重，测量液滴离开导管末端的最大负荷。
根据公式计算表面张力。
以上方法各有利弊，根据具体实验要求和实验条件选择合适的方法进行表面张力的测定。
实验 表面张力的测定1
实验液体表面张力的测定-------拉环法测定溶液的表面张力一、实验目的1.掌握拉环法表面张力仪测定表面张力的原理和技术。
2.通过对不同浓度待测溶液表面张力的测定,加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量的关系的理解。
3.了解影响表面张力的因素。
二、实验设备界面张力仪一套(JZHY-180型) 移液管待测溶液容量瓶酒精灯或铬酸溶液滤纸烧杯三、实验原理拉环法是应用相当广泛的方法,它可以测定纯液体及溶液的表面张力,也可以测定液体的界面张力.界面张力仪是一种用物理方法测试液体的表面和液体与液体之界面张力的仪器.当铂金环与液面接触后,再慢慢向上提升,则因液体表面张力的作用而形成一个液体的圆柱,如图所示,这时向上的总拉力p将与此液柱的质量相等,也与内外两边的表面张力之和相等,即W=mg=2πσ'R+2πσ('R+2r)= 4πσ('R+r)= 4πσR(1) 式中: m为液柱的质量; 'R为环的内半径; r为环丝半径;R为环的平均内径,即R='R+r; σ为液体的表面张力但(1)式是理想的情况,与实际不相符合,因为被拉起的液体并非是圆柱形的,而是如图所示.实验证明,环拉起的液体的形状是R3/V和R/r的函数,同时也是表面张力的函数.因此式(1)必须乘以一个校正因子F才能得到正确的结果.σ=MF式中,M为膜破裂时刻度盘读数,mN/m.F=+0.07250M: 显示的读数指mN/m C: 环的周长R: 环的半径D: 下相密度d: 上相密度r: 铂金丝的半径在此实验中C=6.00cm R=0.955cm r=0.03cmD为液体的密度d是气体的密度所以调整因子简化为0.07250F=四、实验步骤1. 配置0.50mo l L-1和0.60mo l L-1正丁醇水溶液各100ml.然后,再利用已配置好的这两个浓溶液配置下列浓度的稀溶液各50ml: 0.02mo l·L-1、0.05mo l·L-1、0.10mo l·L-1、0.20mo l·L-1、0.30mo l·L-1、0.40mo l·L-1.2. 将界面张力仪放在不振动且平稳的地方,然后调到水平状态.3. 将铂金环和玻璃杯进行清洗,去除掉污垢和杂质.4. 用少量待测溶液倘洗玻璃杯,然后将待测溶液注入玻璃杯中，深度约为20~25mm,并将玻璃杯置于样品座上。
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溶液表面张力的测定（拉环法）
一实验目的
（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。
（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。
二实验原理
（1）表面张力
在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。
位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。
比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。
（2）影响表面张力的因素
液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。
（3）表面张力与吸附量的关系
表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由
能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：
Γ= -（dγ/dc）T（c/RT）
其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力
a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。
b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。
溶液的饱和吸附量：
c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞
分子的截面积：
S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034
（4）吊环法测表面张力的原理
测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。
吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。
自动界面张力仪将记录这个最大值P。
按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。
校正因子：
F=0.7250+（0.01452P/C2D+0.04534-1.679r/R）1/2式中P：界面张力仪显示读数值mN·m-1
C：铂丝环周长cm R：铂丝环半径c D：溶液的密度g·mL-1r：铂丝的半径cm
三实验仪器与试剂
JYW—200A自动界面张力仪、5mL吸量管、10mL吸量管、无水乙醇（分析纯）、50mL容量瓶8个、胶头滴管
JYW—200A自动界面张力仪
四实验步骤
（1）配制溶液
本实验总共配8组乙醇的水溶液。
按乙醇所占体积比分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%。
分别用吸量管量取2.5mL、5 mL、7.5 mL、10 mL、12.5 mL、15 mL、17.5 mL、20 mL无水乙醇于50 mL容量瓶中。
分别向8个容量瓶中加入蒸馏水至刻度线以下1cm处，再用干净
的胶头滴管滴入蒸馏水至溶液的凹液面与刻度线齐平。
旋紧塞子，一手托住底部，一手按紧塞子，上下颠倒使溶液混合均匀。
将配制好的溶液按浓度的大小放好，准备下面操作。
注意：在使用吸量管时要用食指捏紧管口，防止下面滴出造成所量体积不准确。
（2）测量表面张力
a、插上电源，打开开关。
注意：要动作轻缓，防止剧烈拍打桌子。
b、取出吊环挂在挂钩上，让仪器保持平稳，调零至显示0。
注意：用手拿吊环时，注意拿一边，不要用手捏两边，防止吊环变形在上升拉吊环时受力不均，影响实验结果。
只调一次，在实验过程中不能再调。
c、用被测溶液涮洗样品杯三次，再倒入约容器体积的2/3。
d、操作步骤：
①先按▲上升键，至吊环完全浸入溶液约8mm，按●停止键。
②
③按▼下降键，至吊环完全被拉出时按●停止键。
记录所显示的数值。
④
每一组溶液水平测三次，共测8组溶液。
五注意事项
①在整个操作过程中避免剧烈拍桌子，以引起仪器的显示数字不稳定。
②避免水溅到仪器上，对仪器造成损害。
③执行操作步骤中的①和③时要及时按●停止键，防止升的过高或过低，对仪器造成损伤，更不能按完▲键就直接按▼键，防止造成卡壳，损害仪器。
④。
⑤调零只在实验前调一次，在实验过程中不能再调。
⑥实验完毕后按要求将吊环装好，防止吊环变形，影响实验结果。
六数据记录和处理
无水乙醇的密度：0.789－－0.791g/cm3
乙醇：水（体积
表面张比）
力（mN/m）5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
1 77.
2 69.5 63.5 58.2 54.2 49.9 48.0 46.3
2 77.5 69.4 63.7 58.4 54.0 49.8 48.
3 46.0
3 76.7 69.5 63.
4 58.2 54.2 49.7 48.3 46.1
平均值77.1 69.5 63.5 58.3 54.1 49.8 48.2 46.1
0.045
0.0500.0550.0600.065
0.0700.0750.080张力/N
浓度/（mol/L)
得方程：y=0.08506-0.00999x+0.0006313x 2 微分得：y ,= 0.00999—0.0006313x 代入方程：C/Γ = RT / y’ 得下表：
得图：
200000
400000600000800000100000012000001400000
160000018000002000000张力/N
浓度/（mol/L)
拟合得：Γ∞ = 1 / 217688 得:
S B = 1/（Γ∞ L ）=1/(1/217688mol m -2 *6.02 x10-23 mol -1) =3.616 x10-19m 2七 思考题
1.影响本实验的主要因素有哪些?
答: 影响本实验的主要因素有温度、压力、环的水平程度、环的润湿程
度以及拉环时液面的振动情况等。
2.使用表面张力仪时应注意哪些问题? 答：
（1）使用前将自动界面张力仪放在平稳不受振动的地方，用横梁上的水准泡，调节螺丝把仪器调到水平状态。
（2）打开界面张力仪后面的电源开关预热仪器。
（3）将吊环和样品杯洗净，晾干，应保证铂丝环的平整。
（4）洗净的样品杯用少量待测液润洗三次，然后加入溶液至2/3高度。
（5）第一次调节“O.ADJ”旋钮使仪器显示值为“-0.00”后，以后整个实验过程中不可重调。
每次按“●”键停止后，要记得按“P·H”键，再按“▼”键。
（6）测定时应注意按浓度从低到高的顺序依次测定溶液的表面张力。
（7）测完后，将吊环洗净放回吊盒中，关闭电源，弃去容量瓶中的溶液。
3.测定溶液界面张力有哪些方法？
答：常用的有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。