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表面张力原理及测定方法
发布时间:2015-08-18   点击次数:3871次

表面张力原理及测定方法

液体表面一般表现出收缩基表面积的倾向,如呈椭球形的雨滴(重力场影响)、毛细管口的水滴、夏天早晨草上的露珠、玻璃板上的汞球,这是因为在等质量(即等体积)的液体所呈现的各种形状中,以球体的表面积zui小。

观测表面张力zui典型的实验是皂膜实验。如ABCD为一金属框架,CD为可动边,边长为L。若刚从皂液中提起这个金属框,可观察到CD边会自动收缩。要维持CD边不动,则须施加一适当外力f。可CD边受到一个与力f大小相等、方向相反的力的作用。           f=r×2L         

式中,“2"是因为液膜有厚度,有两个面;r为比例系数,称为表面张力系数,简称表面张力。

表面张力是指在液面上(对弯曲液面是在液面的切面上)垂直作用于单位长度上的是表面积收缩的力,单位为N·m-1(牛顿·米-1)或mN·m-1(毫牛顿·米-1)。

力有三要素:作用点、方向、大小。对表面张力,作用点是在表面上,若为弯曲面,则在切面上;使表面积收缩体现了方向;大小是单位长度上的力。但要注意,对表面张力,作用点应是作用线,它是作用在单位长度上的力,实际上是二维空间的压力的概念。

关于表面张力的方向,烧杯中的水,在其表面上任一位置取单位长度,或取一个圆。由图可见,平液面单位长度的两个方向都有表面张力,大小相等,方向相反,互相抵消;在平液面上任取一圆,其周圈上的切线取单位长度,各个方向都有,且大小相等,合力也为零。管口上的液滴,重力G的作用使液滴表面积增加,而表面张力从相反方向使液滴表面积收缩,这是弯曲液面,该表面张力的方向在管口周围的各个方向切面上。

表面张力测定方法:

威廉米吊片法

威廉米(Wilhelmy)吊片法比较简单,不需要校正,该方法是将一薄片铂或云母或毛玻璃片悬挂在天平的一个臂上,使吊片恰好与被测液面接触,测定吊片与液面脱离所需之力F。设吊片宽x,厚y,重w,若液体完全润湿吊片,接触角θ=00,于是         F=2(x+y)Υ+w

Υ= 

 Du Noǖy吊环法

吊环法(Du Noǖy)是用天平的一臂或扭力丝设备(Du Noǖy表面张力计)将一铂制的圆环平置在液面上,然后测定使环脱离表面所需的力F,F=W-W,W为环的重量。F与表面张力的关系为

Υ=×f         

式中,R是环的半径;f是校正因子。为了保证接触角为零,或接触角固定不变,应当把铂环置于强酸中认真地清洗或经过灼烧才能使用。开始测试时,要让平躺在静止的液面上。如果是界面张力,则下层液体应该对环有更好的润湿性。

校正因子f考虑了环在拉脱位置上所受到的非垂直方向的表面张力以及与接触液体的复杂形状的影响。大量实验表明,校正因子F是的函数,其中V是圆环拉起的液体的体积,r是铂丝的半径。F值可由图1-15查到,需要更的值,可查有关专著。


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