表面張力的測(cè)量方法

1、表面張力的測(cè)量方法英才學(xué)院1236305 張雍淋6121810519液體表面張力測(cè)量在化學(xué)、醫(yī)藥、生物工程等領(lǐng)域具有重要意義， 根據(jù)液體表面張力的大小可以確定表面活性并計(jì)算表面活性劑在溶 液表面的吸附量；在合金液體體系中，借助于表面張力還可以評(píng)價(jià)金 相組織及孕育效果等重要參數(shù)。目前，測(cè)量液體表面張力系數(shù)有毛細(xì) 上升法、最大氣泡壓力法、液滴法等。1 .毛細(xì)上升法這個(gè)方法，研究的比較早，在理論和實(shí)際上都比較成熟。如圖 1 所示，干凈的毛細(xì)管浸入液體內(nèi)部時(shí)，如果液體間的分子力小于液體 與管壁間的附著力，則液體表面呈凹形。此時(shí)表面張力產(chǎn)生的附加力 為向上的拉力，并使毛細(xì)管內(nèi)的液面上升，直到液柱的重力與

2、表面張 力相平衡。t Ih圖12,2 r cos r ( 1 g)gh(1 g)ghr2cos其中：-液體的表面張力；r-毛細(xì)管的內(nèi)徑；-接觸角；i 和g-液體和氣體的密度；h-液柱的高度；g-當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。?實(shí)際應(yīng)用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液體完全潤濕，可以近似的認(rèn)為=0。毛細(xì)上升法是測(cè)定表面張力最準(zhǔn)確的一種方法， 國際上也一直用 此方法測(cè)得的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用此方法時(shí)，要注意選擇管徑均勻 ， 透明干凈的毛細(xì)管，并對(duì)毛細(xì)管直徑進(jìn)行仔細(xì)的標(biāo)定； 毛細(xì)管要經(jīng)過 仔細(xì)徹底的清洗，毛細(xì)管浸入液體時(shí)要與液面垂直。2 .最大氣泡壓力法如圖2所示，向插入液體的毛細(xì)管輕輕的吹入惰性氣體 （如N

3、 等）。如果選用的毛細(xì)管半徑很小，在管口形成的氣泡基本上是球形 的。并且當(dāng)氣泡為半球時(shí)，球的半徑最小等于毛細(xì)管半徑r ;在其前后曲率半徑都比大，如圖2所示。當(dāng)氣泡為半球時(shí)，泡內(nèi)的壓 力最大，管內(nèi)外最大壓差可由差壓計(jì)測(cè)量得到。由于毛細(xì)管口位于液面下一定位置，氣泡內(nèi)外最大壓差P應(yīng)該等于差壓計(jì)的讀數(shù)減去毛細(xì)管端面液位靜壓值。當(dāng)氣泡進(jìn)一步長大，氣泡內(nèi)的壓力逐漸減小直到氣泡逸出。 利用最大壓差和毛細(xì)管半徑即 可計(jì)算表面張力：r P2此方法與接觸角無關(guān)，裝置簡單，測(cè)定快速；經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可 以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測(cè)量。氣泡的生成速度以每秒鐘一 個(gè)為宜，如果選用管徑較大，氣泡不能近似為球形，則必須進(jìn)

4、行修正， 可以用標(biāo)準(zhǔn)液體對(duì)儀器常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。3 .滴重法如圖3所示，對(duì)于液體從很細(xì)的管口中緩慢滴出的過程，液滴 在表面張力的支撐下緩慢長大，當(dāng)重量比表面張力稍大時(shí)，液滴就將 落下來。設(shè)管口的半徑為r ,落下的液滴質(zhì)量為m，具表面張力為圖3當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,加上對(duì)于模型的修正量，可得：mg F r其中F為與r有關(guān)的一個(gè)修正量，可以通過查表得到。此方法不僅可以測(cè)量氣-液界面張力，也可以測(cè)量液-液界面張 力。應(yīng)用時(shí)常常用標(biāo)準(zhǔn)液體進(jìn)行標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)過程中可以利用一個(gè)測(cè) 微計(jì)使液滴緩慢生長，然后測(cè)定落下液滴的質(zhì)量；并且此方法只能應(yīng) 用于液滴很小的情況。4 .表面波法存在于液體表面的波動(dòng)稱為表面波。表面波

5、非常常見，其波長從 毫米（毛細(xì)波）到千米（潮涌波），振幅從零點(diǎn)幾毫米到幾十米。表面波 的性質(zhì)受到表面張力和重力的影響。當(dāng)表面波的波長比較大 （ 1 0mm）時(shí)，重力起主要作用；當(dāng)表面波的波長比較小時(shí) （ 10mm ）, 表面張力起主要作用。由流體力學(xué)的知識(shí)可以知道 ：f2 3其中，f是表面波的頻率， 是表面波的波長， 是液體密度。這種方法測(cè)量時(shí)間短、自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和用于 實(shí)時(shí)監(jiān)控的測(cè)量。其表面張力的測(cè)量精度主要取決于波長和頻率的測(cè) 量精度。本文介紹了 一些具有代表性的表面張力測(cè)量方法， 并對(duì)其特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了分析。從文中可以看到，隨著電子以及激光技術(shù)的發(fā)展越來越多的電子和激光技術(shù)被引入了表面張力的測(cè)試中，這不但提高了測(cè)試的精度和自動(dòng)化程度, 同時(shí)也大大拓寬了測(cè)量范圍。參考文獻(xiàn)1 郭瑞 . 表面張力測(cè)量方法綜述J. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2009,04:62-64.2 李 艷 紅 , 王 升 寶 , 常 麗 萍 . 表 （ 界 ） 面 張 力 測(cè) 定 方 法 的 研 究 進(jìn) 展 J. 日 用 化 學(xué) 工 業(yè) ,2007,02:102-106.3 莊其仁 , 龔冬梅 , 陶海敏 , 范金友 . 液體表面張力激光快速測(cè)量法J. 光學(xué)精密工程 ,2007,05:662-667.4 章 新 友 . 液 體 表 面 張 力 系 數(shù) 測(cè) 量 的 誤