毛细管法测表面张力实验装置图

1. 如何测液体的表面张力

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

F=α·π(D1十D2 ) （1）

式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．

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

△U=KF （2）

式中，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。

[实验装置]

图14-1为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。

图14-1 液体表面张力测定装置

[实验内容]

一、必做部分

1、 力敏传感器的定标

每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：打开仪器的电源开关，将仪器预热。（2）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。（3）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U.(4)用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K.

2、 环的测量与清洁

（1）用游标卡尺测量金属圆环的外径D1和内径D2 （关于游标卡尺的使用方法请阅实验1）

（2）环的表面状况与测量结果有很大的关系，实验前应将金属环状吊片在NaOH溶液中浸泡20－30秒，然后用净水洗净。

3、液体的表面张力系数

（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

（3）将实验数据代人公式（2）和（1），求出液体的表面张力系数，并与标准值进行比较。

二、选做部分

测出其他待测液体，如酒精、乙醚、丙酮等在不同浓泄劲时的表面张力系数

三、实验数据和记录

1、传感器灵敏度的测量

表14-1

砝码／g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000

电压／mV

经最小二乘法拟合得K=_______mV/N,拟合的线性相关系数r=__________

2、水的表面张力系数的测量

金属环外径D1=_________cm,内径D2=_______ cm, 水的温度：θ=________τ.

表14-2

编号
U­­1/mV
U2/mV
△U/mV
F/N
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面张力系数的标准值：

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

水的温度t/C
10
15
20
25
30

2. 关于毛细管法测定液体表面张力

多相体系中相之间存在着界面。习惯上人们仅将气-液，气-固界面称为表面。

通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为零，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。将水分散成雾滴，即扩大其表面，有许多内部水分子移到表面，就必须克服这种力对体系做功——表面功。显然这样的分散体系便储存着较多的表面能。

表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。

在293K下水的表面张力为72.75×10-3 N·m-1，乙醇为22.32×10-3 N·m-1，正丁醇为24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面张力为34×10-3 N·m-1。

定义及相关
[编辑本段]
(1)定义或解释
①促使液体表面收缩的力叫做表面张力。
②液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。

(2)单位
表面张力的单位常用达因。

(3)说明
①表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。

②表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，如图所示。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。

③表面张力F的大小跟分界线MN的长度成正比。可写成F=σL或σ=F/L。
比值σ叫做表面张力系数，它的单位常用dyn／cm。在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
液膜表面张力系数=液膜的表面能/液膜面积=F表面张力/(2*所取线段长）。
表面张力系数与液体性质有关，与液面大小无关。

3. 液体表面张力影响因素

表面张力在物理学中是一个重要的物理量。由于液体表面张力的大小取决于液体表面张力系数,所以测量液体表面张力系数具有重要意义。下面是我整理的什么是液体表面张力，欢迎阅读。

什么是液体表面张力

凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。它产生的原因是 液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。

液体表面张力影响因素

内因：无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的多;

水的表面张力72.8mN/m(20℃);

有机液体的表面张力都小于水;

含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大;

含F、Si的液体表面张力最小;

分子量大表面张力大;

水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大;含有有机物， 表面张力比水小。

外因：温度升高表面张力减小;

压力和表面张力没有关系。

注：液体(0度以上时)表面张力最弱的是酒精。

液体表面张力系数测定

液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、 Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。由于动力学法本身较复杂, 测试精度不高, 而先前的数据采集与处理手段都不够先进, 致使此类测定方法成功应用的实例很少。因此, 迄今为止, 实际生产中多采用静力学测定方法。

毛细管上升法

测定原理：

将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。则表面张力 ：γ=ρghr/(2cosθ)

式中γ为表面张力, r 为毛细管的半径, h 为毛细管中液面上升的高度, ρ为测量液体的密度, g 为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。

Wilhelmy 盘法

用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为:

式中,W 总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l 为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角

悬滴法

悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为：

式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O 为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O 处的静压力。

定义：S= ds/de

式中de 为悬滴的最大直径, ds 为离顶点距离为de 处悬滴截面的直径

式中b 为液滴顶点O 处的曲率半径。此式最早是由Andreas, Hauser 和Tucker[15]提出, 若相对应与悬滴的S 值得到的1/H 为已知, 即可求出表( 界) 面张力。应用Bashforth-Adams 法, 即可算出作为S 的函数的1/H 值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表( 界) 面张力。

滴体积法

当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。Tate首先提出了表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ,实验结果表明, 实际体积比按式( 7) 式计算的体积小得多。因此Harkins 就引入了校正因子

, 则更精确的表面张力可以表示为:

其中m 为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子, 可查表得到[16, 23]。只要测出数滴液体的体积, 利用( 13) 式就可计算出该液体的表面张力。

最大气泡压力法

若在密度为ρ的液体中, 插入一个半径为r的毛细管, 深度为t, 经毛细管吹入一极小的气泡, 其半径恰好与毛细管半径相等。此刻, 气泡内压力最大。根据拉普拉斯公式, 气泡最大压力为：

差分最大气泡压力法

差分最大气泡压力法最早是由Sugden 于1921 年提出来的并提出计算公式, 后经过Cuny和Wolf 等的不断改进, 原理是:两个同质异径的毛细管插入被测液体中, 气

泡从毛细管中通过后到达液体中, 测量两个毛细管中气泡的最大压力p1 和p2, 表面张力是压差的函数, 计算公式为：

液体表面张力试验举例

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.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

F=α·π(D1十D2 ) (1)

式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数.

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

△U=KF (2)

式中，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。

[实验装置]

图14-1为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表.其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。

[实验内容]

一、必做部分

1、 力敏传感器的定标

每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：打开仪器地电源开关，将仪器预热。(2)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。(3)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U.(4)用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K.

2、 环的测量与清洁

(1)用游标卡尺测量金属圆环的外径D1和内径D2 (关于游标卡尺的使用方法请阅实验1)

(2)环的表面状况与测量结果有很大的关系，实验前应将金属环状吊片在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净。

3、液体的表面张力系数

(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。

4. 急求大学物理实验“液体表面张力系数测定仪”的实验报告！

“液体表面张力系数测定仪”实验报告如下：

一、【实验目的】

（1） 掌握力敏传感器的原理和方法。

（2）了解液体表面的性质，测定液体表面张力系数。

二、【实验原理】

液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。

测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等，此试验中采用了拉脱法。

假如在液体中浸入一块薄钢片，则钢片表面附近的液面将高于其它处，如图1所示。

(4)毛细管法测表面张力实验装置图扩展阅读：

实验所需要的器材有：DH4607型液体表面张力系数测定仪；力敏传感器;0.0005kg砝码(7个) ；镊子；砝码盘；圆形吊环；玻璃皿。

实验采用的拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。

液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。

由于液体上方的气象层的分子很少，表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。

这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。

5. 最大泡压法测表面张力 仪器常数K

溶液的吸附作用和液体表面张力的测定

一．实验目的

1．用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质（正丁醇）溶液在一定温度下的表面张力；

2．应用Gibbs和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解；

3．掌握作图法的要点，提高作图水平。

二．实验原理

当液体中加入某种溶质时，其表面张力要发生变化。例如在水中溶入醇、醛、酮等有机化合物，水的表面张力要减小；若加入某些无机物，则水的表面张力稍有增大。溶液系统可通过自动调节不同组分在表面层中的量来降低表面Gibbs能，使系统趋于稳定。因此，若加入的溶质能够降低溶液的表面张力，则该溶质力图浓集在表面上；反之，则该溶质在表面层中的浓度一定低于溶液的内部，这种表面层中某物质的含量与溶液本体中不同的现象，称之为表面吸附作用。当表面层中物质的量大于本体溶液中的量，叫做发生了正吸附，反之为发生负吸附，Gibbs用热力学方法导出了一定温度下，吸附量的定量公式——Gibbs吸附等温式：

＝－
式中， 为表面吸附量（mol/m2）；γ为表面张力（N/m或J/ m2）；T为热力学温度（K）；c为溶液本体的平衡浓度（mol/L）；R为气体常数[J/(mol•K)]。

能使溶剂水的表面张力降低的溶质通常称为表面活性物质。工业上和生活中所用的去污剂、起泡剂、乳化剂及润滑剂等都是表面活性物质。表面活性物质的分子是由亲水的极性部分和憎水的非极性部分构成的，正丁醇分子为ROH型一元醇，其羟基为亲水基，烃基为憎水基，当它溶于水后，在溶液表面层形成羟基朝下，烃基朝上的正丁醇单分子层。当溶液浓度增加时，表面吸附量也增加；当浓度足够大时，吸附量达极大值 ，表面溶液的表面吸附达饱和状态。 可近似看成表面上定向排满单分子层时单位表面积中正丁醇的物质量。

正丁醇溶液的γ-c曲线示于图一。从曲线可求得不同浓度下的dγ/dc值，将各值待入Gibbs公式可计算不同浓度时表面吸附量 。如果作 -c曲线，可求得饱和吸附量 ，并由下式计算出正丁醇的分子截面积：

S=
式中，N0为Avgodro常数（6.02×1023/mol）。

实际上将 -c曲线外推求 比较困难。设气固单分子层吸附的Langmuir吸附等温式适用于溶液的表面吸附，并以表面吸附量 （表面超量）代替单位表面上所含正丁醇的物质量，则有：

θ＝
或

式中，θ为吸附分数，c为溶液本体的平衡浓度，K为与溶液表面吸附有关的经验常数。由 ～c作图可得一直线，由直线斜率求 ，进而可求分子的截面积S。

图一 γ～c曲线、 ～ c曲线和 ～c曲线
图二 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图

用最大泡压法测表面张力方法如下：测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装置如图二所示。

图二中A为充满水的抽气瓶；B为直径为0.2～0.3mm的毛细管；C为样品管；D为U型压力计，内装水以测压差；E为放空管；F为恒温槽。

将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U型压力计上读出。

若毛细管的半径为r，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为：

式中，△h为U型压力计所示最大液柱高度差，g为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr•γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等：

若将表面张力分别为 和 的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各自的 和 ，则有如下关系：

即
对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。本实验用纯水作为基准物质，20.0℃时纯水的表面张力为7.275×10－2N/m(或J/m2)。

三．仪器和试剂

表面张力测定装置（包括恒温槽）1套；容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml刻度移液管1支；吸耳球1个；正丁醇（二级）；去离子水。

四．实验步骤

1．溶液配制

按表分2次配制9份溶液，第一次1～5号，第二次配制6～9号。

表 － 正丁醇表面张力测定溶液配制方法

样品号数
1
2
3
4
5
6
7
8
9

容量瓶体积/cm3
100
50
50
50
50
50
50
50
50

/cm3
0.10
0.10
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75

2．如图装配仪器，恒温槽温度调至20.0℃，样品管内置待测液体，毛细管竖直放置，毛细管口与液面相切。恒温5min以上，测定液体的表面张力。

3．测定毛细管常数。样品管内加入一定量蒸馏水（以放入毛细管后管口刚好与液面相切为准），旋动抽气瓶活栓让水缓缓滴下，使气泡从毛细管均匀逸出，以3～5s逸出1个气泡为宜，记录压力计两侧液面之最高和最低读数各三次，取 的平均值计算毛细管常数K值。

4．同法测定各正丁醇溶液的 值，测量顺序由稀到浓，每次测量前用样品冲洗样品管和毛细管数次。

五．数据处理

1．计算各浓度正丁醇溶液的表面张力，并作γ-c曲线；

样品号数
1
2
3
4
5
6
7
8
9

溶液浓度c
2．用双玻璃棒法求六个以上切点（均匀分布）的 ）值；

3．计算 值，并求c/ 值；

4．作c/ ～c图，得一直线，由直线斜率求 值；

5．计算出正丁醇的分子截面积。文献记载直链醇类的分子截面积约为2.2×10-19m2，并以此求出相对误差。

6. 毛细管法测定液体表面张力

力学平衡法：

上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）

热力学的不会，抱歉。

7. 最大气泡法测表面张力

1.毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应该注意什么？
答：实验中默认鼓出的气泡为半球形，其曲率半径R和毛细管的半径r相等时达到最小值，而附加压力达到最大值，以此测出液体的表面长力。如果毛细管尖端不平整，就不能得到半球形气泡。选择毛细管时，其直径不宜太大，因为毛细管半径较小的时候才能保证其形成的气泡基本上是球星的。

2.如果气泡出的很快对结果有何影响？
答：气泡出的很快会使气泡不能一个一个鼓出而几个气泡聚集在一起，使得数据变大。
3.用最大气泡法测表面张力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的使用范围怎么样？
答：用最大起泡法测定表面张力时，毛细管的直径很小，故要通过获得其半径来计算液体的表面张力难度较大，但仪器的半径是不会改变的，故认为它是一个常数，因而需要取一标准物质，通过其已知的表面张力来推算出这个常数。本实验中可以不用水作为标准物质。最大气泡法因为与接触角无关，装置简单，测定快速，故使用的范围很广，经过适当的设计可以用于熔融金属和熔盐的表面张力测量。

8. 毛细现象测表面张力

1、表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，表面张力肯定是液体与空气之间的；
2、有关系，越湿润，分子间受吸引的力越明显，张力越大；
3、有关系，黏度越大，上升越小。

9. 最大泡压法为何要测定仪器常数

最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法，溶液的表面张力 σ是强度因子，是物质的重要特性之一，在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种，在科研和教学上常采用的有：毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便，且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ，因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。
中文名
最大泡压法
外文名
The maximum bubble pressure method
用途
测定溶液表面张力
学科
物理化学
基本原理仪器与试剂实验步骤测试注意事项TA说
基本原理
最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置如概述图所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中使毛细管的端面与液面相切（这样做是为了数据处理方便，如果做不到相切，每次实验毛细管浸没的深度应保持一致，此时数据处理参见其它文献），由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力（∆p=p大气-p系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式：
式中，∆p为附加压力；σ为表面张力；R为气泡的曲率半径。
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R=r时的最大附加压力为：
或：
对于同一套表面张力仪，毛细管半径r、测压液体密度、重力加速度都为定值，因此为了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数K来表示，上式可简化为：
式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得，通常用纯水来标定[1]。
仪器与试剂
实验仪器：
最大泡压法表面张力仪、洗耳球、移液管（1mL、5mL）、烧杯（50mL）、温度计。
实验试剂：
待测溶液、蒸馏水。
实验步骤
仪器准备与检漏
将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U形管测压及两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2~3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。
仪器常数的测量
打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。再由手册中查出实验温度时水的表面张力σwater，则仪器常数：
表面张力随溶液浓度变化的测定
用移液管分别移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待测液，移入7个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的待测溶液。然后由稀到浓依次移取一定量的待测溶液，按照步骤（2）所述，置于表面张力仪中测定某浓度下待测溶液的表面张力。随着待测液浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。
将各实验数据统计，整理填入预制表格中[2]。
测试注意事项
① 在测定表面张力时，毛细管的端面与液面相切，这样是为了数据处理方便。如果做不到相切，每次实验毛细管浸没的深度应保持一致。
② 测定溶液的表面张力仪时，要从浓度低到浓度高的溶液依次进行。避免待测溶液污染，浓度发生明显变化。
③ 每次安装好仪器，进行测定前，注意要先打开抽气瓶上的塞子，连通大气，再塞紧塞子进行实验测定

10. 最大气泡压力法测定液体的表面张力

最大气泡压力法测定液体的表面张力的测定——最大气泡法

一、 实验目的

1． 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

2． 通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解。

3． 学习用Matlab处理实验数据。

4． 使用《管理系统》完成实验。

二、 实验原理

图20-1 分子间作用力示意图

在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。

因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图20－l所示）。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。

通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是Nm-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。

欲使液体表面积增加△S时，所消耗的可逆功A为：

-A =△G =σ△S

液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。

在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。

当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式(Gibbs)表示：

图20-2 最大气泡法表面张力测定装置

式中： 为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m-2）。 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即：

<0，Г>0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。

>0，Г<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。

由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。

如图20-2是最大气泡法测定表面张力的装置示意。待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随毛细管上升。打开滴液漏斗缓慢抽气。

此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液面所受压力，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气泡。在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力△P，因此有以下关系：

P大气 = P系统 +△P

附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比。