表面张力实验装置图

Ⅰ 最大气泡法测表面张力

1.毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应该注意什么？
答：实验中默认鼓出的气泡为半球形，其曲率半径R和毛细管的半径r相等时达到最小值，而附加压力达到最大值，以此测出液体的表面长力。如果毛细管尖端不平整，就不能得到半球形气泡。选择毛细管时，其直径不宜太大，因为毛细管半径较小的时候才能保证其形成的气泡基本上是球星的。

2.如果气泡出的很快对结果有何影响？
答：气泡出的很快会使气泡不能一个一个鼓出而几个气泡聚集在一起，使得数据变大。
3.用最大气泡法测表面张力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的使用范围怎么样？
答：用最大起泡法测定表面张力时，毛细管的直径很小，故要通过获得其半径来计算液体的表面张力难度较大，但仪器的半径是不会改变的，故认为它是一个常数，因而需要取一标准物质，通过其已知的表面张力来推算出这个常数。本实验中可以不用水作为标准物质。最大气泡法因为与接触角无关，装置简单，测定快速，故使用的范围很广，经过适当的设计可以用于熔融金属和熔盐的表面张力测量。

Ⅱ 如何测液体的表面张力

液体表面张力系数的测定

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．近年来，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：打开仪器的电源开关，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
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面张力系数的标准值：

A/N.m--1
0.074 22
0.073 22
0.072 75
0.071 97
0.071 18

水的温度t/C
10
15
20
25
30

Ⅲ 急求大学物理实验“液体表面张力系数测定仪”的实验报告！

“液体表面张力系数测定仪”实验报告如下：

一、【实验目的】

（1） 掌握力敏传感器的原理和方法。

（2）了解液体表面的性质，测定液体表面张力系数。

二、【实验原理】

液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。

测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等，此试验中采用了拉脱法。

假如在液体中浸入一块薄钢片，则钢片表面附近的液面将高于其它处，如图1所示。

(3)表面张力实验装置图扩展阅读：

实验所需要的器材有：DH4607型液体表面张力系数测定仪；力敏传感器;0.0005kg砝码(7个) ；镊子；砝码盘；圆形吊环；玻璃皿。

实验采用的拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。

液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。

由于液体上方的气象层的分子很少，表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。

这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。

Ⅳ 毛细对流

热毛细对流温度场全息干涉检测研究
当气液界面上存在温度梯度时, 气液界面上的表面张力分布将会不均匀, 从而引起界面周围的液体发生表面张力驱动流, 也即热毛细对流. 如化工或工业材料生产中, 热壁或冷壁上的空气泡或蒸汽泡与周围流体的相互作用, 就是一种典型的、以表面张力为主要驱动力的对流现象. 热毛细对流研究对地面上的工业加工有着极其重要的意义.在太空微重力状态下, 由温度梯度或密度梯度引起的自然对流将不存在, 而热毛细对流将成为微重力状态下的液体的主要对流形式. 因此, 研究热毛细对流现象对微重力流体物理研究及空间材料的加工等也有十分重要的意义.近年来, 对热毛细对流现象的研究已经成为国际上微重力科学研究中一项非常重要的热门课题. 研究热毛细对流现象的一个重要内容就是研究其热传导规律, 而这种研究的前提是能准确地测量出流场的温度分布.欲测量流场的全场温度分布, 光学测温技术是最合适的方法. 光学测温技术包括纹影法、阴影法、散斑照相法以及全息干涉技术和电子散斑干涉技术等干涉法.全息干涉技术具有非接触、全场显示、条纹质量好、灵敏度高等优点, 在流体温度测量和流场显示中得到广泛的应用. 该技术对防震有特殊要求, 信息的采集和处理又费时、费事, 难以实现自动化检测, 在太空使用有困难. 但在地面的模拟实验研究中, 全息干涉技术有其独特的优点. 本文应用全息干涉技术测量了热毛细对流的温度场.Ξ收稿日期: 1999209222;修订日期: 2000204217基金项目:国家自然科学基金资助项目&; 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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图1 二维热毛细对流模拟装置图2 模拟装置 模拟装置如图 1 所示, 由盒体、加热器和热电偶三部分构成. 盒体的前后面为 2mm厚的石英玻璃块, 两侧面为有机玻璃块, 上下盖由两块兼作加热器的铜块构成, 盒体空腔大小为 60mm ×3mm ×38mm. 铜块中插有电烙铁芯子, 其两端接到可调压电源上,通过调节所加电压大小, 可以控制上下表面的温度. 从一块有机玻璃的侧面插入了 5 个铜—康铜热电偶, 可准确测量盒体内同一侧五个点的温度值.在上铜块中间位置开有 0. 2mm 宽的毛细缝, 通过软管与一注射器相连, 用注射器在流体上液面注入适当大小的柱状气泡. 当从上面加热, 可在气—液界面周围的液体中形成热毛细对流.3 基本原理 根据双曝光全息干涉条纹图提供的条纹级数N(x,y) , 可按下式[1 ]求出流体的折射率分布:∫[n(x,y,z) -n0]dz=N(x,y) Κ(1)式中, Κ是激光波长,n0和n(x,y,z) 分别是受扰动前、后的流体折射率. (o2x,y,z) 是建立在被测流体中的坐标系,z轴沿光轴方向.对于二维温度分布, 流体的折射率可用下式计算:n(x,y) -n0=N(x,y) ΚL(2)式中,L为物体沿光线传播方向的厚度.求得折射率变化 ∃n以后, 可以利用相应的物理关系求出温度分布; 也可以直接利用标定实验得到 ∃n～ ∃T关系曲线, 进而求出温度场.4 折射率- 温度关系标定4. 1 标定光路及原理标定实验采用迈克耳逊干涉光路, 如图 2 所示. 一束激光束经半反半透镜分成两束, 透射光束经过两次反射到观测屏作参考光; 反射光束两次通过试验盒后到达观测屏, 在观察屏上与参考光相干涉形成干涉条纹图. 当光束通过处的流体温度发生变化时, 干涉条纹就会移动.折射率改变量 ∃n与条纹移动量 ∃N的关系可用下式描述:2∫d0∃ndz= ∃NΚ(3)式中,d是试验盒的厚度,z沿厚度方向, Κ是激光波长.351第2期 张 曦等:热毛细对流温度场全息干涉检测研究 &; 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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图2 迈克耳逊干涉光路为了简便, 也为了提高标定精度, 本文通过标定实验直接给出 ∃N～ ∃T关系曲线.4. 2 标定步骤1) 将模拟装置盒放到光路中, 调整盒体的位置, 使激光点刚好擦着热电偶的头部透过;2) 从上液面加热, 随着液体温度的增加, 观察屏上的条纹慢慢地由高阶向低阶移动;3) 在观察屏上做标志点, 每当一条黑条纹中心移到标志处时, 记录下电位差计的读数;4) 在要求的温度范围内, 记录下条纹级数变化 ∃N与温度变化 ∃T的数据, 重复三次.4. 3 标定及结果实验中标定了水和硅油两种液体, 水的标定温度范围为从 25℃到 39℃, 硅油的标定温度范围为从 23℃到 53℃. 对于每种液体, 将所得到的三组 ∃N～ ∃T数据进行平均, 并采用多项式进行拟合, 得到 ∃N与 ∃T的近似函数关系式. 硅油的 ∃N～ ∃T拟合多项式中的高次项几乎为零, 近似为线性关系. 水的 ∃N～ ∃T拟合多项式近似为二次多项式. 拟合结果如下:∃N= - (0. 5426∃T+ 0. 0087∃T2) (水)(4)∃N= - 3. 796∃T (硅油)(5)5 实验及结果 从室温加热到开始发生热毛细对流所需的温度增量较大, 加上光学干涉技术测温灵敏度又很高, 从而造成双曝光得到的条纹过于稠密, 条纹图难以精确分析. 此外, 我们更关心在气泡周围由热毛细对流引起的温度增量分布规律. 但由于高温背景条纹的存在, 掩盖了热毛细对流温度增量分布的直观显示. 为此, 本文提出了一种背景温度条纹的分离技术, 即利用两次双曝光全息摄影法, 将背景温度分布和热毛细对流温度增量分布引起的全息干涉条纹分别记录在两块全息图中.5. 1 实验步骤1) 将图 1 所示的拟装置放于全息干涉光路中; 装上干版 1, 进行第一次曝光.2) 利用上端加热器从上液面给流体加热; 当温度达到平衡状态, 记录下各个热电偶的读数, 并对干版 1 进行第二次曝光; 取下干版 1, 进行显、定影处理.3) 装上干版 2, 在此稳定温度状态下, 对干版 2 进行第一次曝光.4) 从上盖毛细孔引入一个气泡, 热毛细对流开始发生; 为了增加一定量的载波条纹, 从上加热器适量加一点热; 待热电偶读数不再变动时, 记录下各个热电偶的读数, 并对干版 2 进行第二次曝光.5) 取下干版 2, 进行显、定影处理.5. 2 实验结果模拟装置的内腔厚度为 3mm , 可近似认为温度沿厚度方向不变. 因此, 全息干涉条纹就是温度分布等值线.451 实 验 力 学 (2000年)第15卷 &; 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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由条纹图最下面的条纹的形貌可知, 该条纹为零阶条纹. 确定了零阶条纹后, 其它条纹的阶数可由连续性一一定出. 为了校核条纹定级是否准确, 同时根据热电偶所测数据进行了对比分析, 发现两者定级结果完全一致.图 3 是在引入气泡前获得的背景温度干涉条纹图, 也即背景温度分布等值线. 零级条纹是16℃等温线,N级条纹为(16+ 0. 52N) ℃等温线.图 4 是热毛细对流全息干涉条纹图, 也即热毛细温度增量 ∃T分布等值线. 根据 ∃N～ ∃T标定曲线, 只要定出条纹级数就可以求出 ∃T. 图中, 零级条纹为 ∃T= 0 的等值线,N′级条纹为 ∃T= 0. 52N′℃的等值线. 由图 3 求出各点温度T0后, 再由图 4 求出相应点的温度增量∃T, 相迭加即可由T=T0+ ∃T求出热毛细对流温度分布.图3 背景全息条纹图 图4 热毛细对流全息条纹图6 讨论和结论 当热毛细对流稳定后, 在气泡附近形成对流区域. 该区域与周围的流场有一明显的界面,见图 4. 条纹在界面处发生跃迁, 形成尖峰. 然后又逐渐平坦下来. 说明对流向上卷回时, 将气泡下方低温区域内的流体向上带动, 从而引起界面附近较大的温度变化.调节对流场所加的温度梯度的值, 重复几次实验, 可以发现: 边界与产生热毛细对流的温度梯度 ∃T∃y有直接的关系, ∃T∃y越大, 边界所包含的范围越大, 即对流区域越大.本文工作表明: 1) 全息干涉技术能够用来定量测量热毛细对流温度场, 为热毛细对流传热研究提供了一个很好的诊断手段; 2) 本文提出的从背景温度分布中分离出热毛细对流引起的温度增量分布的技术完全可行. 该技术能直观地给出热毛细对流区域及温度增量分布状态.参 考 文 献[1] CharlesM. V est. Holographic Interferom etry[M ]. N ew York: John W iley & Sons, 1979.[2] Ito A. Choudhury,etc. A technique for m easuring an unsteady temperature distribution in a liquid using holographicinterferom etry [C ]. T ransactions of JSM E, Series B1990, 56: 194- 199.[3] 何世平,汪柳生,伍小平.应用ESP I和实时全息测量轴对称温度场[J ].中国激光, 1991, 18(10): 732- 738.551第2期 张 曦等:热毛细对流温度场全息干涉检测研究 &; 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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Detection of Thermocapillary Convection Temperature Fieldby Using Holographic InterferometryZHAN G Xi, ZHAN G J ia2feng, HE Shi2p ing(U niversity of Science and Techno logy of China, Hefei 230027)Abstract: Hele2Shaw box is used to sim ulate the p lanar thermocap illary convection onground. The temperature distribution of thermocap illary convection field is m easured byholographic interferom etry. In order to get the temperature increm ent distribution of ther2mocap illary convection field, a m ethod for separating backgroud temperature striae and thetemperature increm ent distribution striae of thermocap illary convection is introced.Key words: holographic interferom etry; thermocap illary convection; temperature field651 实 验 力 学 (2000年)第15卷 &; 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

Ⅳ 什么是表面能和表面张力

1、表面张力：表面张力是指液体内部分子的吸引力使表面上的分子处于向内一种力作用下，这种力使液体尽量缩小其表面积而形成平行于表面的力；或者说是液体表面相邻两部分间单位长度内的相互牵引力，它是分子力的一种表现。表面张力的单位是N／m。表面张力的大小与液体的性质、纯度和温度有关。

2、表面能：表面能是恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功。表面能的另一种定义是，表面粒子相对于内部粒子所多出的能量。

表面张力乘表面的面积即为表面能。表面张力越大，表面积越大，所具有的表面能也越大。

(5)表面张力实验装置图扩展阅读：

水的表面张力原理：

表面张力由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。

因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力，表面张力(surface tension)是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。

Ⅵ 最大泡压法为何要测定仪器常数

最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法，溶液的表面张力 σ是强度因子，是物质的重要特性之一，在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种，在科研和教学上常采用的有：毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便，且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ，因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。
中文名
最大泡压法
外文名
The maximum bubble pressure method
用途
测定溶液表面张力
学科
物理化学
基本原理仪器与试剂实验步骤测试注意事项TA说
基本原理
最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置如概述图所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中使毛细管的端面与液面相切（这样做是为了数据处理方便，如果做不到相切，每次实验毛细管浸没的深度应保持一致，此时数据处理参见其它文献），由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力（∆p=p大气-p系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式：
式中，∆p为附加压力；σ为表面张力；R为气泡的曲率半径。
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R=r时的最大附加压力为：
或：
对于同一套表面张力仪，毛细管半径r、测压液体密度、重力加速度都为定值，因此为了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数K来表示，上式可简化为：
式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得，通常用纯水来标定[1]。
仪器与试剂
实验仪器：
最大泡压法表面张力仪、洗耳球、移液管（1mL、5mL）、烧杯（50mL）、温度计。
实验试剂：
待测溶液、蒸馏水。
实验步骤
仪器准备与检漏
将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U形管测压及两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2~3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。
仪器常数的测量
打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。再由手册中查出实验温度时水的表面张力σwater，则仪器常数：
表面张力随溶液浓度变化的测定
用移液管分别移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待测液，移入7个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的待测溶液。然后由稀到浓依次移取一定量的待测溶液，按照步骤（2）所述，置于表面张力仪中测定某浓度下待测溶液的表面张力。随着待测液浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。
将各实验数据统计，整理填入预制表格中[2]。
测试注意事项
① 在测定表面张力时，毛细管的端面与液面相切，这样是为了数据处理方便。如果做不到相切，每次实验毛细管浸没的深度应保持一致。
② 测定溶液的表面张力仪时，要从浓度低到浓度高的溶液依次进行。避免待测溶液污染，浓度发生明显变化。
③ 每次安装好仪器，进行测定前，注意要先打开抽气瓶上的塞子，连通大气，再塞紧塞子进行实验测定