测量表面张力的仪器有哪些

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 表面张力仪的分类

表面张力仪根据所使用的技术不同，按测试原理可分为如下几类： 这也是测定液体表面张力的一种最常用的方法,测定时将一根毛细管插入待测液体内部,从管中缓慢地通入惰性气体对其内的液体施以压力,使它能在管端形成气泡逸出。当所用的毛细管管径较小时,可以假定所产生的气泡都是球面的一部分,但是气泡在生成及发展过程中,气泡的曲率半径将随惰性气体的压力变化而改变,当气泡的形状恰为半球形时,气泡的曲率半径为最小,正好等于毛细管半径。如果此时继续通入惰性气体,气泡便会猛然胀大,并且迅速地脱离管端逸出或突然破裂。如果在毛细管上连一个U型压力计,U型压力计所用的液体密度为P.两液柱的高度差为△l,那么气泡最大压力△Pmax就能通过实验测定。此时：
特点
此方法与接触角无关,装置简单,测定快速;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。由于气泡法表面张力仪能够模拟表面活性剂的随时间的变化情况，并且可以绘制完整的表面张力变化曲线，在工业生产中应用十分广泛。 吊环法是1863年由Wilhelmy首先提出的,后来,Dognon和Abribat将其改进,测定当打毛的铂片、玻片或滤纸片的底边平行界面并刚好接触(未脱离)界面时的拉力。要满足吊片恰好与液面接触,既可采用脱离法,测定吊板脱离液面所需与表面张力相抗衡的最大拉力,也可将液面缓慢地上升至刚好与天平悬挂已知重量的吊板接触,然后测定其增量,再求得表面张力的值。
吊环法的基本原理是将浸在液面上的金属环(铂丝制成)脱离液面,其所需的最大拉力,等于吊环自身重量加上表面张力与被脱离液面周长的乘积。Timberg和Sondhauss首先使用此法,但DuNouy第一次应用扭力天平来测定此最大拉力。Harkins和Jordan引进了校正因子,可以用来测定纯液体表面张力,测定时必须注意其表面张力有时间效应。此外,将吊环拉离液面时要特别小心,以免液面发生扰动。
特点
由于液膜有一定的厚度,同时由于上拉环也将带起由于液膜有一定的厚度,同时由于上拉环也将带起若干液体,并且环的半径和被拉起的液膜的半径稍有不同,所以吊环法的精度稍低, 悬滴法实质上是滴外形法的一种。滴外形法是根据液滴的外形来测定表面张力和接触角的方法,既有悬滴法又有躺滴法。其原理是根据La2place关于毛细现象的方程:
△P为表面压力差，γ为表面张力，R1和R2为曲面半径。 在样品管中装入高密度的液体,再加入少量低密度液体,密闭后,将其置于旋滴仪中使其以X角速度旋转。在离心力、重力及表面张力作用下,低密度液体在高密度液体中形成圆柱形液滴。

③ 在最大气泡法测溶液表面张力实验中, 乙醇的浓度可用下列哪种仪器准确测定"

表面张力测定装置 阿贝折光仪

④ 液体表面张力系数的测定 用fd-nst-i型液体表面张力系数测定仪应注意什么

整机使用注意事项

1、吊环须严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。

2、吊环水平须调节好，注意偏差1度，测量结果引入误差为0.5%；偏差2度，则误差1.6%。

3、仪器开机需预热15分钟。

4、在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。

5、工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。

6、若液体为纯净水。在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染。特别注意手指不要接触被测液体。

7、力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。过大的拉力传感器容易损坏。

8、实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。

使用步骤

1、开机预热。

2、清洗玻璃器皿和吊环。

3、在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。（玻璃盛器底部可用双面胶与升降台面贴紧固定）

4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。

5、若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻。

6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以顺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，改为逆时针转动该螺帽，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。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U1，拉断时瞬间数字电压表读数为U2。记下这两个数值。