测定液态金属表面张力的方法有哪些

分析有哪些因素影响测定液体表面张力的准确度~

促使液体表面收缩的力叫做表面张力。即液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。如液面被长度为L的直线分成两部分，这两部分之间的相互拉力F是垂直于直线L，并与表面相切。则(见图1)
　　比例系数σ就是液体的表面张力系数，它表示液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力。
　　如果液体表面积增大ΔS，液体表面自由能增加ΔE，则表面张力系数σ等于增加单位表面积时，外力所需作的功，也可用下式表示σ=ΔE/ΔS(见图2)
　　这说明，表面张力系数σ在数值上等于增加单位表面积时所增加的表面能，在等温条件下能转变为机械能的表面内能部分，在热力学中称为表面自由能。从能的角度看，表面张力系数σ就是增加单位表面时所增加的表面自由能。液体表面张力系数的性质表现为：1.液体不同表面张力系数不同。例如，密度小的，容易蒸发的液体表面张力系数小，如液氢和液氦；已熔化的金属表面张力系数则很大；2.表面张力系数随温度的升高而减小，近似地为一线性关系；3.表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关；4.表面张力系数还与杂质有关，加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质，比水的表面张力系数小得多。例如，在钢液结晶时，加入少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度。
　　毛细现象与表面张力系数
　　毛细现象中液体上升、下降高度。h的正负表示上升或下降。
　　浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触较为钝角。
　　上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。
　　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

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。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。（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 α/N·mˉ1 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　平均值：α =_______N/m附：水的表面张力系数的标准值： 水温t/℃ 10 15 20 25 30 α/N.m-1 0.074 22 0.073 22 0.072 25 0.071 79 0.071 18

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、du 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。

1.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。

2.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

3.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。

4.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。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

5.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：

6.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

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固阳县13462561951： 常用表面张力的测定方法 - ？
夷冠卡托： 测定表面张力有以下几种方法. (1)表面张力法 表面张力测定法适合于离子表面活性剂和非离子表面活性剂临界胶束浓度的测定,无机离子的存在也不影响测定结果.在表面活性剂浓度较低时,随着浓度的增加,溶液的表面张力急剧下降,当到...

固阳县13462561951： 怎样测出表面张力的大小? Rt.求最简单的方法. - ？
夷冠卡托： 表面张力是由物态内部的分子(或原子)间的相互吸引力导致的,拿液体为例,液体内部分子之间的吸引力一般比气体中分子之间或气体与液体之间的分子之间的吸引力要大.表面张力的起因实际上是界面所造成的不对称,是一个位于表面内的...

固阳县13462561951： 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中,哪些因素影响表面张力的测定 - ？
夷冠卡托： 泡压法属于动态法,可以知道表面产生的时间,含有表面活性剂溶液的表面张力与时间有关,像KRUSS的BP100就可以测出5ms到20万毫秒的表面张力,对于喷涂农药打印等行业很重要.

固阳县13462561951： 求液体表面张力系数的测定数据 - ？
夷冠卡托：[答案] 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,...

固阳县13462561951： 哪种液体的表面张力最大? - ？
夷冠卡托： 常见液体中,水的表面张力是最大的,20度时为72.8mN/m. 液态金属和融熔盐的表面张力比水大,如汞20度时为486.5mN/m,铁在熔点时为1880mN/m,硝酸钠在308度时为116.6mN/m.

固阳县13462561951： 我想知道液体表面张力的测量有什么方法啊?这是我们的物理实验! - ？
夷冠卡托： 常用拉脱法、毛细管法、平板法..

固阳县13462561951： 最大泡压法测表面张力 仪器常数K这个K跟什么有关系其值范围是?(比1大还是小?) - ？
夷冠卡托：[答案] 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...

固阳县13462561951： 哪种液体的表面张力最大? - ？
夷冠卡托：[答案] 影响液体的表面张力的因素: 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...

固阳县13462561951： 表面张力为什么需在恒温下测量,温度变化对表面张力有何影响物化实验 最大泡压法测定溶液的表面张力 - ？
夷冠卡托：[答案] 表面张力来自于液体分子之间的作用力,温度越高,分子的能量越大,越容易脱离相互的作用力.所以,温度越高,表面张力越小,温度越低,表面张力越大. 所以需要恒温测量.

固阳县13462561951： 用拉脱法测量液体表面张力,测量水膜高度,写出两种方法 - ？
夷冠卡托： 测定液体表面张力系数的常用方法有:拉脱法,液滴测重法和毛细管升高法等.拉脱法是一种直接测定法,通过物体的弹性形变(拉伸或扭转)来度量力的大小,如扭力天平法、焦力称法等.实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数.通过实验可以重点学习如下内容:(1)实验方法:测量液体表面张力系数的拉脱法.(2)测量方法:用液体界面张力仪定标测量微小力的方法.(3)数据处理方法:质量标准曲线的绘制方法.(4)仪器调整使用方法:液体界面张力仪的调整使用方法.