測量表面張力的儀器有哪些

① 如何測液體的表面張力

液體表面張力系數的測定

液體的表面張力是表徵液體性質的一個重要參數．測量液體的表面張力系數有多種方法，拉脫法是測量液體表面張力系數常用的方法之一．該方法的特點是，用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚．用拉脫法測量液體表面張力，對測量力的儀器要求較高，由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器．近年來，新發展的硅壓阻式力敏感測器張力測定儀正好能滿足測量液體表面張力的需要，它比傳統的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩定性好，且可數字信號顯示，利於計算機實時測量，為了能對各類液體的表面張力系數的不同有深刻的理解，在對水進行測量以後，再對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從而對這個概念加深理解。

[實驗目的]

1．用拉脫法測量室溫下液體的表面張力系數

2．學習力敏感測器的定標方法

[實驗原理]

測量一個已知周長的金屬片從待測液體表面脫離時需要的力，求得該液體表面張力系數的實驗方法稱為拉脫法．若金屬片為環狀吊片時，考慮一級近似，可以認為脫離力為表面張力系數乘上脫離表面的周長，即

F=α·π(D1十D2 ) （1）

式中，F為脫離力，D1，D2分別為圓環的外徑和內徑，α為液體的表面張力系數．

硅壓阻式力敏感測器由彈性梁和貼在樑上的感測器晶元組成，其中晶元由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用於金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此，即

△U=KF （2）

式中，F為外力的大小，K為硅壓阻式力敏感測器的靈敏度，△U為感測器輸出電壓的大小。

[實驗裝置]

圖14-1為實驗裝置圖,其中,液體表面張力測定儀包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測量電橋失去平衡時輸出電壓大小的數字電壓表．其他裝置包括鐵架台,微調升降台,裝有力敏感測器的固定桿,盛液體的玻璃皿和圓環形吊片,實驗證明,當環的直徑在3cm附近而液體和金屬環接觸的接觸角近似為零時.運用公式(1)測量各種液體的表面張力系數的結果較為正確。

圖14-1 液體表面張力測定裝置

[實驗內容]

一、必做部分

1、 力敏感測器的定標

每個力敏感測器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，步驟如下：打開儀器的電源開關，將儀器預熱。（2）在感測器梁端頭小鉤中，掛上砝碼盤，調節電子組合儀上的補償電壓旋鈕，使數字電壓表顯示為零。（3）在砝碼盤上分別如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這些砝碼力F作用下，數字電壓表的讀數值U.(4)用最小二乘法作直線擬合,求出感測器靈敏度K.

2、 環的測量與清潔

（1）用游標卡尺測量金屬圓環的外徑D1和內徑D2 （關於游標卡尺的使用方法請閱實驗1）

（2）環的表面狀況與測量結果有很大的關系，實驗前應將金屬環狀吊片在NaOH溶液中浸泡20－30秒，然後用凈水洗凈。

3、液體的表面張力系數

（1）將金屬環狀吊片掛在感測器的小鉤上，調節升降台，將液體升至靠近環片的下沿，觀察環狀吊片下沿與待測液面是否平行，如果不平行，將金屬環狀片取下後，調節吊片上的細絲，使吊片與待測液面平行。

（2）調節容器下的升降台，使其漸漸上升，將環片的下沿部分全部浸沒於待測液體，然後反向調節升降台，使液面逐漸下降，這時，金屬環片和液面間形成一環形液膜，繼續下降液面，測出環形液膜即將拉斷前一瞬間數字電壓表讀數值U1和液膜拉斷後一瞬間數字電壓表讀數值U2。

△U＝U1-U2

（3）將實驗數據代人公式（2）和（1），求出液體的表面張力系數，並與標准值進行比較。

二、選做部分

測出其他待測液體，如酒精、乙醚、丙酮等在不同濃泄勁時的表面張力系數

三、實驗數據和記錄

1、感測器靈敏度的測量

表14-1

砝碼／g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000

電壓／mV

經最小二乘法擬合得K=_______mV/N,擬合的線性相關系數r=__________

2、水的表面張力系數的測量

金屬環外徑D1=_________cm,內徑D2=_______ cm, 水的溫度：θ=________τ.

表14-2

編號
U­­1/mV
U2/mV
△U/mV
F/N
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面張力系數的標准值：

A/N.m--1
0.074 22
0.073 22
0.072 75
0.071 97
0.071 18

水的溫度t/C
10
15
20
25
30

② 表面張力儀的分類

表面張力儀根據所使用的技術不同，按測試原理可分為如下幾類： 這也是測定液體表面張力的一種最常用的方法,測定時將一根毛細管插入待測液體內部,從管中緩慢地通入惰性氣體對其內的液體施以壓力,使它能在管端形成氣泡逸出。當所用的毛細管管徑較小時,可以假定所產生的氣泡都是球面的一部分,但是氣泡在生成及發展過程中,氣泡的曲率半徑將隨惰性氣體的壓力變化而改變,當氣泡的形狀恰為半球形時,氣泡的曲率半徑為最小,正好等於毛細管半徑。如果此時繼續通入惰性氣體,氣泡便會猛然脹大,並且迅速地脫離管端逸出或突然破裂。如果在毛細管上連一個U型壓力計,U型壓力計所用的液體密度為P.兩液柱的高度差為△l,那麼氣泡最大壓力△Pmax就能通過實驗測定。此時：
特點
此方法與接觸角無關,裝置簡單,測定快速;經過適當的設計可以用於熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。由於氣泡法表面張力儀能夠模擬表面活性劑的隨時間的變化情況，並且可以繪制完整的表面張力變化曲線，在工業生產中應用十分廣泛。 吊環法是1863年由Wilhelmy首先提出的,後來,Dognon和Abribat將其改進,測定當打毛的鉑片、玻片或濾紙片的底邊平行界面並剛好接觸(未脫離)界面時的拉力。要滿足吊片恰好與液面接觸,既可採用脫離法,測定吊板脫離液面所需與表面張力相抗衡的最大拉力,也可將液面緩慢地上升至剛好與天平懸掛已知重量的吊板接觸,然後測定其增量,再求得表面張力的值。
吊環法的基本原理是將浸在液面上的金屬環(鉑絲製成)脫離液面,其所需的最大拉力,等於吊環自身重量加上表面張力與被脫離液面周長的乘積。Timberg和Sondhauss首先使用此法,但DuNouy第一次應用扭力天平來測定此最大拉力。Harkins和Jordan引進了校正因子,可以用來測定純液體表面張力,測定時必須注意其表面張力有時間效應。此外,將吊環拉離液面時要特別小心,以免液面發生擾動。
特點
由於液膜有一定的厚度,同時由於上拉環也將帶起由於液膜有一定的厚度,同時由於上拉環也將帶起若干液體,並且環的半徑和被拉起的液膜的半徑稍有不同,所以吊環法的精度稍低, 懸滴法實質上是滴外形法的一種。滴外形法是根據液滴的外形來測定表面張力和接觸角的方法,既有懸滴法又有躺滴法。其原理是根據La2place關於毛細現象的方程:
△P為表面壓力差，γ為表面張力，R1和R2為曲面半徑。 在樣品管中裝入高密度的液體,再加入少量低密度液體,密閉後,將其置於旋滴儀中使其以X角速度旋轉。在離心力、重力及表面張力作用下,低密度液體在高密度液體中形成圓柱形液滴。

③ 在最大氣泡法測溶液表面張力實驗中, 乙醇的濃度可用下列哪種儀器准確測定"

表面張力測定裝置 阿貝折光儀

④ 液體表面張力系數的測定 用fd-nst-i型液體表面張力系數測定儀應注意什麼

整機使用注意事項

1、吊環須嚴格處理干凈。可用NaOH溶液洗凈油污或雜質後，用清潔水沖洗干凈，並用熱吹風烘乾。

2、吊環水平須調節好，注意偏差1度，測量結果引入誤差為0.5%；偏差2度，則誤差1.6%。

3、儀器開機需預熱15分鍾。

4、在旋轉升降台時，盡量使液體的波動要小。

5、工作室不宜風力較大，以免吊環擺動致使零點波動，所測系數不正確。

6、若液體為純凈水。在使用過程中防止灰塵和油污及其它雜質污染。特別注意手指不要接觸被測液體。

7、力敏感測器使用時用力不宜大於0.098N。過大的拉力感測器容易損壞。

8、實驗結束須將吊環用清潔紙擦乾，用清潔紙包好，放入乾燥缸內。

使用步驟

1、開機預熱。

2、清洗玻璃器皿和吊環。

3、在玻璃器皿內放入被測液體並安放在升降台上。（玻璃盛器底部可用雙面膠與升降檯面貼緊固定）

4、將砝碼盤掛在力敏感測器的鉤上。

5、若整機已預熱15分鍾以上，可對力敏感測器定標，在加砝碼前應首先對儀器調零，安放砝碼時應盡量輕。

6、換吊環前應先測定吊環的內外直徑，然後掛上吊環，在測定液體表面張力系數過程中，可觀察到液體產生的浮力與張力的情況與現象，以順時針轉動升降台大螺帽時液體液面上升，當環下沿部分均浸入液體中時，改為逆時針轉動該螺帽，這時液面往下降（或者說相對吊環往上提拉），觀察環浸入液體中及從液體中拉起時的物理過程和現象。特別應注意吊環即將拉斷液柱前一瞬間數字電壓表讀數值為U1，拉斷時瞬間數字電壓表讀數為U2。記下這兩個數值。