实验二表面张力测定 1.实验目的与任务 (1)了解测定表面张力的原理和方法 (2)了解表面张力仪的构造和使用 (3)理解影响表面张力的主要因素。 2.实验原理 2.1表面张力 在液体中,每个质点周围都存在一个力场,在液体内部,质点力场是对称的,但处于表 面层的质点,只受到液体内部质点的引力作用,结果使得表面有向内收缩的趋势。对一滴液 体来说,它总是趋向于收缩成球形以降低表面能。因此,表面张力的物理意义是扩张表面单 位长度所需要的力,单位为N/m。表面张力的方向与表面相切。 2.2表面张力的测定 (1)最大拉力法 采用天平或扭力丝一臂相连的下部开口的簿壁铂圆筒或铂金环与熔体或液体面接触时 由于熔体或液体的表面张力,铂圆筒或铂拉环被拉下,然后立即在天平的另一臂的秤盘内加 上砝码,或扭转扭力丝增加扭力。把铂圆筒或铂金环向上拉引,表面张力即为薄壁圆筒接触 熔液或液体表面至拉引离开所需的力(此时熔体或液体对铂圆筒或铂金环的润湿角为零度)。 计算公式如下 ax.l三 式中:a——熔体或液体的表面张力(N/m) F 最大拉力(N) m-—最大拉力时所加的砝码重量(kg) g——重力加速度(m/sec2) r——铂圆筒或铂金环平均半径(m) 修正系数,一般为0.91~0.96 2.8284820.609563622.585620.37182 式中:δ——铂圆筒壁厚(铂环直径) h—Fax/mrdg,d为熔体或液体的密度 (2)滴重法 当熔滴自管口滴落时,熔滴的大小与熔体的密度和表面张力有关。这就是滴重法的基本 原理。熔体在顺漏斗孔悬挂在管口上时当熔滴的重量超过它的表面张力时,就滴下,通过炉 管及下端开口孔落到金属容器中,待冷却后称量。然后根据滴重、熔滴半径、熔滴体积等计 算熔体的表面张力。 3.实验仪器及样品 3.1仪器
本实验采用JHY-180表面张力仪。由样品座、刻度盘、游标、蜗轮把手指针、钢丝(扭 力丝)等组成。 该仪器测量范围为0~180达因/厘米,最小分度为1达因/厘米,读数能精确到0.1达 因/厘米 3.2样品 选取好要测试的液体试样,进行必要的混合装入量器内待用。 4.实验内容与步骤 4.1实验内容 采用最大拉力法测定待测液体试样的实际表面张力V 4.2实验步骤 (1)调水平 调节横梁上的水准泡,调节水平螺母把仪器调节到水平状态。 (2)调零 把铂金环放在吊杆臂的下末端,把一块小纸片放在铂金环的圆环上,打开臂制止器,调 节好放大镜,使臂上指针与反光镜上的红线重合,如果刻度盘上的游标不指零可以旋转微调 蜗轮把手进行调整。 (3)仪器校正(质量法) 将500~800mg的砝码放在铂金环的小纸片上,旋转涡轮把手直到指针与反光镜上的红 线精确的重合,计下刻度盘上的读数(精确到0.1分度)。刻度盘上的读数为 P 式中:m一砝码重量g L——铂金环长度cm g—一重力加速度980.17cm/s2 如果用800mg砝码,铂金环长度6cm,则P= 0.800×980.17 653达因/厘米 2×6 如果记录的读数比计算值大,应调节杠杄臂上的两个螺母,使两臂的长度等值缩短,如 果记录的读数比计算值小,则应使臂长度伸长,以此方法重复几次,直到盘上的读数与计算 数一致为止 (4)表面张力的测量 把被测溶液倒在玻璃杯中,约20~25m,将此玻璃杯放在样品座的中间位置,旋转上 下调节螺母,玻璃杯便与座一起上升到溶液的表面与铂金环接触,且使臂上的指针与反射镜 上的红线重合。旋转蜗轮把手来增加扭力丝的扭力,当溶液表面被铂金环拉的很紧时,指针 始终保持与红线重合,这两个作用力(表面张力与扭力丝扭力)将继续着,直到薄膜破裂, 刻度盘上的读数指出了液体的表面张力。 (5)界面张力的测量对于测量水和密度小于水的液体间的界面张力时,铂金环向上移动,而 测量水和密度大于水的液体间的界面张力时环即向下移动 a.测量水和密度比水小的液体间的界面张力时,先把样品座升高到铂金环浸入水中约为 5~πm的厚度,旋转上下调节螺母,把玻璃杯调节到铂金环处于两种液体的界面处 然后按照表面张力的测量方法进行。 b.测量水和密度比水大的液体间的界面张力时,铂金环要求作用力向下,把密度大于水 的液体放在杯子中,使其深度达到10m或更深,在这种液体上放进约5m深度的水
把溶液上升直到铂金环浸入水中,使环处在液体的界面上时,指针保持与红线重合, 扭力钢丝的扭力将被增加,铂金环将被向下拉,这时把实验体物质座升高,使得指针 继续与红线重合,增加扭力丝扭力,当这两种液体之间的薄膜破裂时,刻度盘上的读 数便是界面张力。 5.实验结果处理 用JZHY-180表面(界面)张力仪测定液体的表面张力,一般情况下可以直接由刻度盘 上读取表面张力,但由于表面张力是液体为一个紧张的薄膜时的表面效应,表面张力与表面 是相切的,用圆环法测量表面张力时需要考虑到以下两种情况: (1)在测量过程中,环是被向上拉起,使液体表面变形,随着环向上移动距离的增加,液 体的变形也增加,所以由中心到破裂点的半径,小于环的平均直径,其影响结果由环的半径 和铂金丝的半径比给出 (2)少量的液体粘附在环的下部,这种影响结果可以用一种函数形式表示,从以上两种影 响来看,实际的表面张力就应由测得的表面张力值乘以一个校正因子F。在该仪器中,按下 式计算校正因子F。 0.01452P F=0.7250+ +0.04534 1.679 式中:P—一刻度盘读数,达因/厘米 R——环半径,0.955cm C——环的周长,0.955×2×3.14=5.997cm D—一下相的密度,g/cm(25℃ d-一上相的密度,g/cm3(25℃) r——铂金丝的半径,0.03cm 实际表面张力V等于测得表面张力P乘以校正因子F,即 P·F 6.实验报告要求 (1)简述表面张力测定的基本原理 (2)纪录实验过程及初始数据,计算结果。 (3)对实验中所观察到的现象、得到的结果进行分析讨论 7.思考题 (1)表面张力的物理意义是什么? (2)表面张力的测量方法有哪些? (3)在表面张力的测量过程中,试分析测量误差的产生原因 4)在实验操作过程中,为确保实验精度,有哪些注意事项?
