用拉脱法测液体表面张力系数

1 § 4 .1 5 用拉脱法测液体表面张力系数 液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。把这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。表面张力的存在能说明物质处于液态时所特有的许多现象，比如泡沫的形成、润湿和毛细现象等等。在工业技术上，如矿物的浮选技术和液体输送技术等方法都要对表面张力进行研究。 测定液体表面张力的方法很多，常用的有拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。本实验采用拉脱法的是一种直接测定方法。 【实验目的】 1、学习焦利秤测量微小力的原理和方法。 2、了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。 【实验原理】 液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约 10-8m ）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。在液体内部，每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。由于液体上方的气相层的分子数很少，表面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，这个合力垂直于液面并指向液体内部，如图 4.15-1 所示，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体表面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等时为止。 图 4.15-1 液体表面层和内部分子受力示意图 将一表面洁净的矩形金属丝框竖直地浸入水中，使其底边保持水平，然后轻轻提起，则其附近的液面将呈现出如图 4.15-2 所示的形状，即丝框上挂有一层水膜。水膜的两个表面沿着切线方向有作用力f，称为表面张力，φ 为接触角，当缓缓拉出金属丝框时，接触角φ 逐渐减小而趋向于零。这时表面张力f 垂直向下，其大小与金属丝框水平段的长度 l 成正 2 比，故有 Tlf2 式中，比例系数T 称为表面张力系数，它在数值上等于单位长度上的表面张力。在国际单位制中，T 的单位为N·m -1 。表面张力系数T 与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液体的温度越高，T 值越小；所含杂质越多，T 值也越小。因此，在测定 T 值时，必须注明是在什么温度下测定的，并且要十分注意被测液体的纯度，测量工具（金属丝框、盛液器皿等）应清洁不沾污渍。 图 4.15-2 液体表面张力受力分析 在金属丝框缓慢拉出水面的过程中，金属丝框下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，诸力的平衡条件是： gldhTlWF2 (4.15-1) 式中，F 为弹簧向上的拉力，W 为水膜...