液体表面张力系数2015
实验6 液体表面张力系数的测量
实验6、表面张力系数的测定预习重点1、脱法测表面张力系数的原理；一、实验目的液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数，该参数在工业、医学和科学研究中有着重要应用。
有利于学生学习和掌握硅单晶电阻应变传感器的原理和方法二、实验原理2.1、表面张力的基本概念液体表面上任何一条分界线两侧间的液体存在的使液面绷紧的相互吸引力，叫做表面张力。
产生原因是由于界面的原子或分子之间的距离比内部的原子或分子之间的距离大，原子或分子的密度比较小，相对于物态内部而言其原子或分子的能量比较高，而这个能量的增高就是表面张力的原因。
表面张力促使液体缩小其表面面积，来减少未满足的化学价。
由于球面是同样体积下面积最小的体，因此在没有外力的情况下（比如在失重状态下），液体在平衡状态下总是呈球状。
表面张力f 的方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即f L α= （6-1）式中α称为液体表面张力系数，单位为1N M −⋅，在数值上等于单位长度上的表面张力。
热力学对表面张力系数的定义为：表面张力系数α是在温度T 和压力P 不变的情况下吉布斯自由能G 对面积S 的偏导数： (TP GS α∂=∂实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
2.1、吊环拉脱法测表面张力系数表面张力的测量方法有很多种，如毛细法、滴重法、表面波法等，本实验采用的则是吊环拉脱法。
如图1所示，一个内、外半径为1D 、2D 的金属环悬挂在硅单晶电阻应变力传感器上，然后把它浸入液体中。
当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力的作用，力传感器的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，水柱即破裂），则F 应当是金属环重力与水柱拉引金属环的表面张图6-1 吊环拉脱法测量原理力之和，即F =G +f （6-2）由于液面的直径与金属环的内外径相同，则有12()f D D απ=+ （6-3）则表面张力系数为12()fD D απ=+ (6-4)本实验用的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器以数字式电压表输出显示。
实验二、液体表面张力系数的测定(拉脱法)教材
通常，与L相比，d是很小的，以至于可以忽略不计， 故上式可以改写为：
F弹簧 f浮力 mg金属丝框的重力 ldhg拉起的水膜的重力 2l
用W表示金属线框所受的重力和浮力之差，即 W mg金属丝框的重力 f浮力
（5）
（6）
则上式又可以改写为：
F弹簧 W Ldhg拉起的水膜的重力 2l
谢 谢
（7）
由上式，可以推出液体的张力系数：
( F W ) ldhg拉起的水膜的重力 2l
（8）
3、证明 F W 由（8）式可见，要测液体张力系数，需要测量测 量 F W 、水膜高度h和п 型金属丝的长度 l 。为了得 到 F W ，我们可以换成另外一个表达式表示，即
F W L L0 hk F液体张力 W 下面是对此式成立的证明。 证明：设当锥形弹簧4下挂有平面镜5，平面镜5下挂п 型 金属丝，调节盛水的烧杯和升降扭，п 型金属丝刚好与 水面水平，此时金属杆的读数 L（设没有挂 п 型金属丝时， 0 L00 弹簧平衡态时金属杆的读数 ）。则 п 型金属丝的受 力为： k ( L0 L00 ) f 浮力 mg金属丝框的重力 （9）
把（6）hk F液体张力 W
（12）
七、实验步骤 l d。 L0 L、h、、 由(8)式和(12)式，要测张力系数需测k、、 1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数 (1) 把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到 秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝，使秤 框垂直，小镜中的指示横线、平衡指示玻璃管上的刻 度线及其在小镜中的像三线对齐，挂钩上下运动时不 至与管摩擦。 (2) 逐次在砝码盘内放入砝码（从1g加到6g），调节升降 钮，做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。用逐差 法和作图法计算出弹簧的劲度系数。 (3)分组求差法求出 k * 。 2 2 0.1 ( x x ) u ( k ) u u u ( k ) (4)误差处理： ， ，c A B u (k ) 3 n(n 1) (5) k k * uc (k )
水的表面张力系数标准值表
水的表面张力系数标准值表
以下是水的表面张力系数的标准值表：
温度（℃） | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35
----------| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | ---
表面张力系数（N/m）| 72.75 | 72.48 | 72.22 | 71.95 | 71.68 | 71.41 | 71.15 | 70.88
温度对水的表面张力系数具有本质的影响，温度的升高会降低水的表面张力系数。
为了更准确地测量水的表面张力，应当根据测试水的温度选择相应的表面张力系数标准值表。
一般情况下，温度的变化会对水的表面张力系数产生重大的影响，表面张力系数会随着温度的提高而稳步下降。
下面是关于水的表面张力系数随温度变化而变化的实验结果图：
<image src="../img/水的表面张力系数随温度变化而变化.png" width="400px">
从上图可以看出，水的表面张力随温度的升高而稳步下降。
当水温度在0℃到35℃之间变化时，水的表面张力标准值在72.75N/m变化到70.88N/m 之间。
因此，当测量水的表面张力系数时，应当根据当前的温度来参照该水的表面张力系数标准值表，以便更准确地测量水的表面张力系数。
水的表面张力系数是多少
水的表面张力系数是多少
19.7℃下纯水的表面张力系数的标准值为7.280x10-2N/m。
表面张力系数σ是在温度T和压力p不变的情况下吉布斯自由能G对面积S的偏导数：其中，吉布斯自由能的单位是能量单位，因此表面张力系数的单位是能量/面积。
促使液体表面收缩的力叫做表面张力。
表面张力系数测量方法
1.毛细管上升法：简单，将毛细管插入液体中即可测量，虽然精确度可能不高。
2.挂环法：这是测量表面张力的经典方法，它甚至可以在很难浸湿的情况下被使用。
用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜（类似肥皂泡），同时测量提高环的高度时所需要施加的力。
3.威廉米平板法：这是一种万能的测量方法，尤其适用于长时间测量表面张力。
测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中所受的力。
4.旋转滴法：用来确定界面张力，尤其适应于张力低的或非常低的范围内。
测量的值是一个处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径。
5.悬滴法：适用于界面张力和表面张力的测量。
也可以在非常高的压力和温度下进行测量。
测量液滴的几何形状。
6.最大气泡法：非常适用于测量表面张力随时间的变化。
测量气泡最高的压力。
实验九 液体表面张力系数的测定
实验九 液体表面张力系数的测定液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N 之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。
实验目的1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数 2．学习力敏传感器的定标方法 实验仪器DH607液体表面张力系数的测定仪，吊环，砝码盘，砝码，镊子，玻璃器皿 实验原理测量一个已知周长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）（21D D f +=δπ (1)式中，f 为脱离力，D 1，D 2分别为圆环的外径和内径，δ为液体的表面张力系数．测量金属片从待测液体表面脱离时需要的力f ，对金属环进行受力分析，液膜拉断之前金属环的受力表达式为:θcos f mg F +=式中:F 为向上的拉力, mg 为金属环的重力, f 为液体的表面张力, θ为f 与竖直方向的夹角。
液膜拉断瞬间,00=θ, f mg F +=。
液膜拉断后有mg F =', 则mg F f -= (2)F 可由硅压阻式力敏传感器测出，是此实验的关键。
液体表面张力系数的测定2
液体表面张力系数的测定2液体表面张力系数的测定2【实验目的】1. 学习FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪的使用方法；2. 用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数【实验仪器】FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪、片码、铝合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子【实验原理】液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。
液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包围，它所受到的周围分子的作用，合力为零。
而液体的表面层（其厚度等于分子的作用半径，约cm 8 10-左右）内的分子所处的环境跟液体内部的分子缺少了一半和它吸引的分子。
由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向上引力比向下的引力小，合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，所以液面具有收缩的趋势。
这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。
表面张力f 是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间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，大小与分界线的长度成正比，即L f α= （1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N ?M -1，在数值上等于单位长度上的表面张力。
试验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1，外径为D 2的金属环悬挂在测力计上，然后把它浸入盛水的玻璃器皿中。
当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，水柱即破裂），则F 应当是金属环重力G 与水柱拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F += （2）由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有)(21D D f +=απ （3）则表面张力系数为)(21D D f+=πα （4）表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪进行测量。
液体表面张力系数测定的实验原理
液体表面张力系数测定的实验原理引言液体表面张力是液体分子间的相互作用力在表面处形成的一种力，是导致液体表面上产生“膜状”的现象。
表面张力的大小与液体的性质有关，可以通过实验测定来确定。
本文将详细讨论液体表面张力系数的测定原理及相应的实验方法。
一、实验原理液体表面张力系数是在单位长度上作用垂直于液体表面的力所引起的能量变化，可以用下式进行表示：γ=F l其中，γ表示表面张力系数，F表示作用在液体表面上的力，l表示力的作用长度。
液体表面张力系数的单位是N/m。
二、测定方法液体表面张力系数可以通过静水压力法、杯法和浮物法等多种方法来测定。
其中，静水压力法是最常用的方法之一。
1. 静水压力法静水压力法是利用压强与高度成反比的关系，通过测量液柱高度差来间接计算液体表面张力系数。
实验步骤1.准备两个玻璃杯，并用实验器皿将它们连通。
2.在一个杯子中注入待测液体，使其液面与连通的另一个杯子上的液面保持水平。
3.测量两个液面的高度差ℎ0。
4.在注入液体的杯子中挂一个重物，使液面下降一段距离ℎ。
5.再次测量液面的高度差ℎ′。
6.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=2(d−D)Vgπℎ其中，d为液体密度，D为水的密度，V为液体体积，g为重力加速度。
2. 杯法杯法是利用液体表面张力对液体表面的收缩力来测定表面张力系数。
实验步骤1.准备一个悬臂杯，并用注射器将它装满待测液体。
2.将注射器与悬臂杯连通，调整注射器，使悬臂杯上的液面与注射器上的液面保持水平。
3.记录注射器中液面下降的长度ℎ。
4.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=mg 2πR其中，m为注射器中液体的质量，g为重力加速度，R为悬臂杯的半径。
3. 浮物法浮物法是利用液体表面张力对物体浮力的影响来测定表面张力系数。
实验步骤1.选择一个物体，并将其浸入待测液体中，使其浸入深度变为ℎ。
2.测量物体浸入液体前后液面的高度差ℎ′。
3.计算液体表面张力系数γ，公式如下：γ=2gdΔρℎ−ℎ′其中，g为重力加速度，d为液体密度，Δρ为物体的相对密度。
《液体表面张力系数》物理实验报告(有数据)
液体表面张力系数的测定一、实验目的1. 理解液体表面张力系数及其测定方法；2. 用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数；3. 了解力敏传感器的特性，学会传感器标定的方法。
二、实验原理液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。
液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包围，它所受到的周围分子的作用，合力为零。
而液体的表面层（其厚度等于分子的作用半径，约cm 810-左右）内的分子所处的环境跟液体内部的分子缺少了一半和它吸引的分子。
由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向外的引力比向内的引力小得多，合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，所以液面具有收缩的趋势，类似于吹胀的气球。
这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。
表面张力f 是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间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，大小与分界线的长度成正比，即L f α=（1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N/m ，在数值上等于单位长度上的表面张力。
试验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1、外径为D 2的金属环水平吊起悬挂在测力计上，然后把它部分浸入待测液体中。
当缓慢地向上拉起金属环时，金属环就会带起一个与液体相连的液环。
由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F （超过此值，液环即破裂），则F 应当是金属环重力G 与液环拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F +=（2）由于液环有内外两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有 )(21D D f +=απ（3）则表面张力系数为)(21D D f+=πα（4）表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用到的测力计是硅压阻式力敏传感器，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示。
若力敏传感器拉力为F 时，数字式电压表的示数为U ，则有BUF =（5）式中B 表示力敏传感器的灵敏度，单位V/N 。
液体表面张力系数的测定
实验名称：液体表面张力系数的测定 实验目的：1. 了解焦利氏秤的测量原理和测量方法。
2. 学习利用拉脱法测量自来水的表面张力系数。
实验仪器：焦利氏秤、砝码托盘、金属环、金属框、镊子、砝码、游标卡尺、螺旋测微器、烧杯。
原始数据记录：表1：悬挂不同数量的砝码时，焦利氏称的读数主要仪器：焦利氏秤 精度：0.1mm表2：金属框拉脱液膜时，焦利氏称的读数0.015mm表3：金属环拉脱液膜时，焦利氏称的读数数据处理：1.用逐差法求弹簧的倔强系数①每增加3个砝码的读数差的算数平均值h14125236312.5910.96 1.6313.1111.50 1.6113.6612.03 1.62h l l cm h l l cm h l l cm=-=-==-=-==-=-=11.63 1.61 1.621.623nii h h cm n=++===∑② 3个砝码的拉力330.5109.790.014685F mg N -==⨯⨯⨯= ③代入（4）式得到焦利氏秤的弹簧倔强系数 20.0146850.906/1.6210F K N m h -===⨯ 2.用金属框测量液体的表面张力系数①计算6次10h h - 的算术平均值10h h -和标准偏差10()s h h -10110()0.980.96 1.000.98 1.000.970.98176nii h hh h cm n=-+++++-===∑10()0.01602s h h cm-=== ②根据肖维涅准则，所记录数据无异常。
③求10h h -的标准偏差10()s h h -10()0.00654s h h cm -=== ④相对误差1010()0.00654100%100%0.6662%0.9817s h h Eh h -=⨯=⨯=-⑤偏差比较：焦利氏秤精度为0.1mm ，需要估读。
因为0.0654mm>0.05mm ，所以10()0.006540.07s h h cm mm -==⑥得到10()h h - 的结果表达式1010101010()(9.820.07)()100%0.67%h h h h s h h mm s h h E h h ⎧-=-±-=±⎪⎨-=⨯=⎪-⎩⑦将其与金属框长度l 、直径d 以及倔强系数K 一起代入公式(5)计算自来水的表面张力系数10()0.9060.98170.09710/2()2(4.5000.0800)K h h N m l d σ-⨯===+⨯+⑧查附表15可得在24c 温度下水与空气接触表面的张力系数σ= 0.07212N/m金属框测得系数的理论误差0.097100.07212100%100%0.346335%0.07212E σσσ--=⨯=⨯== ⑨根据误差传递公式得 10()0.006540.906()0.000646/2()2 4.58s h h K s N m l d σ-⨯===+⨯1010()()0.67%s h h s E h h σσ-===-⑩得到σ 的结果表达式()(0.09710.0007)/()100%0.67%s N m s E σσσσσ⎧=±=±⎪⎨=⨯=⎪⎩3.用金属环测量液体的表面张力系数①计算6次10h h - 的算术平均值10h h -和标准偏差10()s h h -10110()1.04 1.04 1.07 1.07 1.07 1.031.0536nii h h h h cm n=-+++++-===∑10()0.01862s h h cm -===②根据肖维涅准则，所记录数据无异常。
液体表面张力系数的测定报告
液体表⾯张⼒系数的测定报告液体表⾯张⼒系数的测定实验报告模板【实验⽬的】1．了解⽔的表⾯性质，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，游标卡尺等。
【实验原理】液体表⾯层内分⼦相互作⽤的结果使得液体表⾯⾃然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。
由于液⾯收缩⽽产⽣的沿着切线⽅向的⼒称为表⾯张⼒。
设想在液⾯上作长为L的线段，线段两侧液⾯便有张⼒f 相互作⽤，其⽅向与L垂直，⼤⼩与线段长度L成正⽐。
即有：f ＝αL（1）⽐例系数α称为液体表⾯张⼒系数，其单位为Ｎm-1。
将⼀表⾯洁净的长为Ｌ、宽为d的矩形⾦属⽚（或⾦属丝）竖直浸⼊⽔中，然后慢慢提起⼀张⽔膜，当⾦属⽚将要脱离液⾯，即拉起的⽔膜刚好要破裂时，则有F ＝mg＋f （2）式中Ｆ为把⾦属⽚拉出液⾯时所⽤的⼒；mg为⾦属⽚和带起的⽔膜的总重量；f 为表⾯张⼒。
此时，f 与接触⾯的周围边界2（L＋d）,代⼊（2）式中可得本实验⽤⾦属圆环代替⾦属⽚，则有式中d1、d2分别为圆环的内外直径。
实验表明，α与液体种类、纯度、温度和液⾯上⽅的⽓体成分有关，液体温度越⾼，α值越⼩，液体含杂质越多，α值越⼩，只要上述条件保持⼀定，则α是⼀个常数，所以测量α时要记下当时的温度和所⽤液体的种类及纯度。
【实验步骤】1．安装好仪器，挂好弹簧，调节仪器⾄符合实验要求。
调整⼩游标的⾼度使⼩游标左侧的基准线⼤致对准指针，锁紧固定⼩游标的锁紧螺钉，三线对齐后，读出游标０线对应刻度的数值Ｌ0。
2．测量弹簧的倔强系数K 。
依次增加1.0g 砝码，即将质量为1.0g ，2.0g ，3.0g ，…9.0g 的砝码加在下盘内。
三线对齐后分别读出每次⽰数L1、L2、…L9；再逐次减少1.0g 砝码，同样的，分别记下游标０线所指⽰的读数、、 … ，取⼆者平均值，⽤逐差法求出弹簧的倔强系数。
即50()5i i i i L L L +=?=-∑ (6)（7） 3．测（F －mg ）值。
液体表面张力系数测定实验报告-液体表面系数实验报告
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fL （L 为圆形液膜的周长），则有2F mg L （2）所以2FmgL（3）圆形液膜的周长L 与金属圆环的平均周长,L 相当，若圆环的内、外直径分别为1,2D D 。
则圆形液膜的周长L ≈L ’=（D 1+D 2）/2 （4）将（4）式代入（3）式得12F mgD D （5）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比。
即U K F （6）式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为 V/N ；ΔU 为传感器输出电压的大小。
二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管内上升一定高度。
有机化合物溶液表面张力系数与浓度关系的实验研究
有机化合物溶液表面张力系数与浓度关系的实验研究许巧平【摘要】In order to deeply understand surface tension coefficients of various kinds of liquid, surface tension coefficients of butanol, ethanol and n-propanol solution with different concentration were respectively measured by the tearing-off method with silicon piezoresistive force tension sensor tester. The measurement results and the reference values were consistent.%为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，利用拉脱法的仪器-硅压阻式力敏传感器张力测定仪对正丁醇、正丙醇、乙醇的不同浓度的溶液分别进行了测量，测量结果与参考值较吻合。
【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P1461-1464)【关键词】表面张力系数;拉脱法;浓度【作者】许巧平【作者单位】延安大学物理与电子信息学院，陕西延安 716000【正文语种】中文【中图分类】TQ028表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数，在物理、化学、医学等领域中具有重要的意义。
因此，在很多工业部门及高校实验中要经常测定一些溶液的表面张力系数和浓度。
很多有机化合物其表面活性与其浓度和张力系数有关，为了加深对它们之间关系的理解，本文利用拉脱法，测量了几种有机溶液不同浓度下的表面张力系数，并根据图像拟合出它们之间的关系式。
1.1 液体表面张力系数的物理意义由液体表面张力系数的定义，可知液体表面张力和表面张力系数的关系为：F/α=L；式中 L为液体表面上的一条直线段，F为直线段两侧的拉力，即作用在L上的表面张力，比例系数α就是该液体在指定条件（温度、压强、液面外的物质等）的表面张力系数，它表示单位长度直线段两测液面的相互拉力，拉力在液面的切面内，垂直于界线并指向产生它的的液面一方，如果液面是曲面，可选取 L足够小，当做直线段来处理。
液体表面张力系数2015
? 用拉脱法测量室温下液 体的表面张力系数。
? 学习力敏传感器的定标 方法。
2
主要内容
一、基本知识点 二、实验原理 三、实验仪器 四、实验内容及步骤 五、数据记录 六、实验思考
一、基本知识点 1、表面张力
其他相 液相
净力
图1. 液体的表面张力
4
2、表面张力系数
想象在液面上划一条直线，表面张力就表现 为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力
（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分 全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降， 这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测 出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 U1和液膜拉断 后一瞬间数字电压表读数值U2。 △U＝U1-U2
5. 求出α，并与标准值进行比较。
铝合金吊环参考值：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm.
14
15
实验现象的受力分析
对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：
吊环浸没在水中， 电压表显示负值
反方向旋转螺母， 电压表读数增加
继续旋转读数增
加到一个最大值 阶段1
继续旋转， 读数开始减小
阶段2
此时，观察电压表 读数，记下U1、U2
减小到某一个 值，液膜破裂
（3）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K 和线性
相关系数r 。
11
3.用游标卡尺测量吊环的内外直径 。
4.液体表面张力系数的测定
（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液 体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平 行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝， 使吊片与待测液面平行。
液体表面张力系数的测定
实验十六液体表面张力系数的测定实验目的：1．学会用拉脱法测定液体的表面张力系数；2．了解焦利氏秤的构造和使用方法；3．通过实验加深对液体表面现象的认识。
实验仪器：焦利秤、形金属丝、砝码、镊子、玻璃皿、温度计、游标卡尺实验原理：液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10m）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。
在液体内部，每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。
由于液体上方的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零，这个合力垂直于液面并指向液体内部，如图16-1所示，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体表面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等时为止。
图16-1液体表面层和内部分子受力示意图将一表面洁净的金属丝框竖直地浸入水中，使其底边保持水平，然后轻轻提起，则其附近的液面将呈现出如图16-2所示的形状，即丝框上挂有一层水膜。
水膜的两个表面沿着切线方向有作用力f，称为表面张力，φ为接触角，当缓缓拉出金属丝框时，接触角φ逐渐减小而趋向于零。
这时表面张力f 垂直向下，其大小与金属丝框水平段的长度l 成正比，故有式中，比例系数称为表面张力系数，它在数值上等于单位长度上的表面张力。
在国际单位制中，的单位为N ·m 。
表面张力系数与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。
实验表明，液体的温度越高，值越小；所含杂质越多，值也越小。
因此，在测定值时，必须注明是在什么温度下测定的，并且要十分注意被测液体的纯度，测量工具（金属丝框、盛液器皿等）应清洁不沾污渍。
图16-2 液体表面张力受力分析在金属丝框缓慢拉出水面的过程中，金属丝框下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，诸力的平衡条件是：(16-1)式中，F 为弹簧向上的拉力，W 为水膜被拉断时金属丝框的重力和所受浮力之差，l 为金属丝框的长度，d 为金属丝的直径，即水膜的厚度，h 为水膜被拉断时的高度，ρ为水的密度，g 为重力加速度，ldh ρg 为水膜的重力，由于金属丝的直径很小，所以这项值不大。
液体表面张力系数的测定
液体表面张力系数的测定教学目的：1.了解液体表面的性质；2.掌握用力敏传感器和焦利秤测量微小力的原理和方法；3.掌握用拉脱法测定液体的表面张力系数。
教学内容：1. 用力敏传感器测量液体的表面张力系数，测量公式为)(221D D f l mg F +=-=πσ，只要测出力f 和环内外直径1D 、2D ，即可算出液体的表面张力系数σ。
重点难点：1.重点：力敏传感器的标定，拉脱法测定液体表面张力；2.难点：拉脱法拉脱瞬间受力变化判断，外界环境影响。
教学设计：1.介绍什么是液体表面张力系数和测定液体表面张力系数的方法（5min ）2.讲解用拉脱法测定液体的表面张力系数的实验原理（10min ）3.介绍力敏传感器的标定（5min ）4.介绍实验仪器的使用和注意事项（10min ）5.讲述实验操作步骤（5min ）6.讲解不确定度计算和数据处理（5min ）7.学生自己完成实验，老师辅导（85min ）8.检查学生测量的实验数据（10min ）作业、实验：写一份完整的实验报告。
实验报告要求：写清楚不确定度计算，并分析外界环境对实验的影响，提出改进建议。
液体表面张力是液体的一个重要的物理性质，力能够说明物质的液体状态所特有的许多现象，测量液体表面张力的方法很多，法是不能测量液体表面张力。
可采用拉脱法、用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，力，对界面张力仪要求较高，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示。
一、实验内容1、测量力敏传感器灵敏度（对力敏传感器的定标）2、用力敏传感器测量液体的表面张力系数。
二、实验原理种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。
液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10-8cm 的分子不同。
作用力的合力为零。
的引力比向下的引力小，合力不为零。
液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，分子数相等时为止。
现出如图1所示的形状（对浸润液面而言）。
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物理实验中心
问题和讨论：
• 1. 什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢地将∏型 金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应 如何操作？ • 2. 实验中要求把∏型金属丝框拉到欲脱离水膜而又恰未脱离的极 限状态，这是为什么？ • 3. 若实验过程中∏型金属丝框不是水平拉出水面，而是出现一端 高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？应如何避免？ • 4. 试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐差法的结 果进行比较。
• 仪器与用具：
①焦利氏秤，②金属框，③砝码，④温度计，⑤游标卡尺， ⑥螺旋测微器，⑦被测液体—自来水等。
物理实验中心
实验原理：
• 1表面张力与表面张力系数： • 表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸 应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表层内分子力作 用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使 液体有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，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。 作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数。 • 设想在液体表面上画一条直线，实验指出，直线两旁的液膜 之间存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大小 与所画直线的长成正比，即： • 或
F bah g 2 b
Fbah g k l bah g 2 b 2 b
l ， ，h 的值便可求得α 。 可见，测得k ， 是被测液体
的密度， g 为当地重力加速度
a
实验内容：
1.测量弹簧的劲度系数： k
按要求调节仪器，使刻有横线的小镜子穿过玻璃套 筒的内部。调节底脚螺钉，使小镜子沿竖直方向振动时 不与玻璃套筒发生磨擦，然后旋转手轮使小镜子上的刻 线、玻璃套筒上的刻线与玻璃套筒上的刻线在小镜子里 的像三者相互对齐，即所谓“三线对齐”。用这种方法 保证弹簧的下端的位置是固定不变的，而弹簧的上端可 以向上拉伸。 根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量与所 加外力成正比，即 ： F k l
液体表面张力系数测定
液体表面张力系数测定液体表面张力系数测定是一项重要的物理实验，对于研究液体的性质和应用十分关键。
本文将从深度和广度的角度，对液体表面张力系数测定进行全面评估，并为读者提供有价值的知识。
一、概述液体表面张力是指液体表面分子间的吸引力，是液体分子间的内聚力。
对于任何液体而言，其表面都会受到表面张力的作用，形成一个具有弹性的膜。
液体表面张力系数（γ）是用来度量液体表面张力大小的物理量，通常以单位长度的能量表示。
二、实验原理液体表面张力系数测定的核心原理是利用负载法或位移法测定液体表面张力对平板或测压管的负载或位移。
其中，负载法是指将平板悬挂在液体上并测量液体对平板的负载，而位移法则是通过分析液体的表面张力对测压管所产生的位移来确定液体表面张力系数。
三、实验步骤1. 准备实验所需材料和仪器，包括测压管、天平、毛细管、液面调节装置等。
2. 利用毛细管法获取液体样品，并确保样品的纯度和浓度。
3. 将测压管浸入液体样品中，使其表面张力对测压管产生垂直上升的位移。
4. 通过观察测压管的位移，并结合液体密度和测压管的几何参数计算液体表面张力系数。
5. 重复实验多次，取平均值以提高测量的准确性。
四、实验注意事项1. 在实验过程中，要注意实验室的温度、湿度和气压对测量结果的影响，尽量保持稳定。
2. 每次实验后，都要仔细清洗和干燥测压管，以消除污染和残留物的干扰。
3. 对于不同液体样品，要根据其特性和测量要求选择合适的实验方法和参数。
4. 实验结束后，要及时记录实验数据并进行分析，以便进行总结和回顾。
五、个人观点和理解液体表面张力系数测定在科学研究和工程应用中具有重要意义。
通过测定液体表面张力系数，我们可以了解液体的分子结构和相互作用力，为液体的应用和改进提供基础数据。
液体表面张力系数的测定也可以帮助我们更好地理解润湿、液滴形成、浮力等现象。
总结回顾：本文综合介绍了液体表面张力系数测定的概述、实验原理、实验步骤和注意事项，并分享了个人对此的观点和理解。
液体表面张力系数单位
液体表面张力系数单位介绍液体的表面张力是指液体内部分子间的吸引力使得表面处的分子会产生应力，这种应力会导致液体表面收缩，使其形成一个紧致且有弹性的薄层。
液体表面张力是表征液体表面弹性的重要性质，它与液体的性质有关并且在各个领域有广泛应用。
为了量化液体的表面张力，科学家提出了表面张力系数这个概念，并给出了对应的单位。
表面张力系数的定义表面张力系数是用来描述单位长度表面膜对应的能量的物理量。
它表示单位长度的表面膜带有的自由能增量，也可以理解为单位长度的表面膜的自由能。
表面张力系数通常用希腊字母γ（gamma）表示，单位为N/m（牛顿/米）。
表面张力系数的意义液体表面张力系数可以用来衡量表面膜的稳定性和性质。
当液体处于静止状态时，表面张力会使得液体表面处形成一个类似于弹性薄膜的结构。
这个薄膜的弹性来自于表面张力的作用，并且能够抵抗外界对液体的挤压和形变，保持表面结构的稳定。
液体的表面张力决定了液滴的形状、泡沫的稳定性、液体在毛细管中的升降高度等现象。
尺寸分析表面张力系数的单位是N/m，这可以通过尺寸分析来推导得到。
液体表面张力是一种力的量纲，力的量纲为[N]。
单位长度表面膜的自由能是一种能量的量纲，能量的量纲为[J]。
因此，单位长度表面膜的自由能增量的量纲是[J/m]，即能量除以长度的量纲。
而表面张力系数表示单位长度的表面膜带有的自由能增量，所以其量纲就可以表示为[N/m]。
实验测定方法测量液体的表面张力系数可以采用各种实验方法，以下是一些常用的测定方法：在悬浮法中，将一片光滑且无污染的固体盘浸入液体中并缓慢拔出，液体会形成一颗悬浮在固体盘上的液滴。
通过测量悬浮液滴的大小和重力加速度，可以计算出液体的表面张力系数。
2. 静力法静力法是一种利用浮力平衡条件测定表面张力系数的方法。
在静力法中，通过将一根细丝浸入液体中，形成一种平衡状态，通过测量细丝的张力和液体的体积，可以计算出液体的表面张力系数。
3. 动力法动力法是一种利用液滴振动频率和振幅与液体表面张力系数相关联的方法。
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1 2
U1/mv
U2/mv
ΔU/mv
△F/N
α/N· m-1
3
4 5
平均值： =________N/m.
13
附： 水的表面张力系数标准值
水温t / ℃
10
15
20
0.07275
25
30
α/N· m-1 0.07422 0.07322
0.07197 0.07118
铝合金吊环参考值：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm.
式中α称为长度上的表面张力, 其单位N·m-1。它的大小与 液体的成分、纯度、浓度以 及温度有关。
二、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。
U1－ U2 = △U = K·△F = K（F1－ F2）= Kαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:
U1 U 2 U K ( D1 D2 ) K ( D1 D2 )
这里U1——液膜拉断前瞬间电压表的读数
U2 ——液膜拉断后瞬间电压表的读数
6
三、实验仪器
（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
8
（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 K mv。
△U＝K·△F
式中: △F ：外力的增量
K ：传感器的灵敏度 △U ：相应的电压改变量
9
（3）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K 和线性 相关系数r 。
11
3.用游标卡尺测量吊环的内外直径。 4.液体表面张力系数的测定
（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液 体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平 行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝， 使吊片与待测液面平行。 （2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分 全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降， 这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测 出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断 后一瞬间数字电压表读数值U2。 △U＝U1-U2
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实验现象的受力分析
对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：
吊环浸没在水中， 电压表显示负值
反方向旋转螺母， 电压表读数增加 继续旋转读数增 加到一个最大值
阶段1
继续旋转， 读数开始减小
阶段2
此时，观察电压表 读数，记下U1、U2
减小到某一个 值，液膜破裂
阶段3
1. 阶段1的受力分析
吊环下沿浸没在水中时，有
吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有
这里，f 为表面张力
电压表读数达到最大值，此时有
16
2. 阶段2的受力分析
达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可 以发现，电压表读数开始减小，这主要是因为附 着在液膜上的水在重力的作用下向下滑，所以拉 力减小。
17
3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
1. 实验装置
1.底座及调节螺丝 2.升降调节螺母 3.培养 皿 4.金属片状圆环 5.硅压阻式力敏传感器及金 属外壳6.数字电压表 7
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。
10
四、实验内容及步骤
1. 接通数字电压表及直流电源，预热15分钟。保证
测力方向和传感器起弹簧片的平面垂直。
2. 传感器定标：
（1）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪 上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。 （2）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、 3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字 电压表的读数值V.
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： 液膜拉破前瞬间的受力分析图 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 = KF1
5
片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg 同样有 U2 = KF2
液膜拉破后瞬间的受力分析图
片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为：
拉脱法 测量液体的表面张力系数
用拉脱法测量室温下液 体的表面张力系数。 • 学习力敏传感器的定标 方法。
•
2
主要内容
一、基本知识点
二、实验原理
三、实验仪器
四、实验内容及步骤
五、数据记录
六、实验思考
一、基本知识点 1、表面张力
其他相 液相
净力
图1. 液体的表面张力
4
2、表面张力系数
想象在液面上划一条直线，表面张力就表现 为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表层，方向恒与直线垂直，大小与直线 的长度 L 成正比， 即 f ＝α L
在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg
由此，可以得到液体的表面张力：
液体的表面张力系数
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5. 求出α，并与标准值进行比较。
五、数据记录
表1 力敏传感器定标
m/g U/mv
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
灵敏度：K =
mv/N ； 拟合的线性相关系数：r =
.
注：广州地区的重力加速度g=9.788m/s2.
12
金属环外径D1=_________cm,内径D2=_______ cm, 水的温度：T=________℃. 表2 水的表面张力系数测定