蒸馏水表面张力实验原理:
1.大气泡压力法测定表面张力:
其中,B是管端为毛细管的玻璃管,与液面相切。毛细管中大气压为P0。试管A中气压为P,当打开活塞E时,C中的水流出,体系压力P逐渐减小,逐渐把毛细管液面压至管口,形成气泡。当气泡在毛细管口逐渐长大时,其曲率半径逐渐变小,气泡达大时便会破裂。此时气泡的曲率半径小,即等于毛细管半径r,气泡承受的压力差也大△P=P0-P=2γ/r
此压力差可由压力计D读出,故γ =r△P/2
若用同一支毛细管测两种不同液体,其表面张力分别为γ1、γ2,压力计测得压力差分别为△P1、△P2则:
γ1/γ2=△P1/△P2
若其中一种液体的γ已知,例如水,则另一种液体的表面张力可由上式求得。
2.毛细管身升高法:
毛细管法测定表面张力仪器 毛细管表面张力示意图
当一根洁净的,无油脂的毛细管浸进液体,液体在毛细管内升高到h高度。在平衡时,毛细管中液柱重量与表面张力关系为:2πσrcosθ=πr2gdh
σ=gdhr/2cosθ (1)
如果液体对玻璃润湿,θ=0,cosθ=1(对于很多液体是这样情况),则:
σ=gdhr/2 (2)
式中σ为表面张力;g为重力加速度;d为液体密度;r为毛细管半径。
上式忽略了液体弯月面。如果弯月面很小,可以考虑为半球形,则体积应为:
πr3 -2/3 πr3 =1/3πr3
从(2)可得:σ=gdr/2(h+1/3r) (3)
更准确些,可假定弯月面为一椭圆球。(3)式应变为:
σ=gdhr/2(1+1/3(r/h)-0.1288(r/h)2+0.1312(r/h)3) (4)
3. 滴重法:
从图中可看出,当达到平衡时,从外半径为r的毛细管滴下的液体重量应等于毛细管周边乘以表面张力,即:mg=2πσr (5)
式中m为液滴质量;r为毛细管外半径;σ为表面张力;g为重力加速度。
事实上,滴下来的仅仅是液滴的一部分。因此(5)式中给出的液滴是理想液滴。经实验证明,滴下来的液滴大小是v/r3的函数,即由f(v/r3)所决定(其中v是液滴体积)。(5)式变为mg=2πσr f(v/r3) (6)
σ=mg/(2πσf(v/r3))=Fmg/r (7)
式(7)中的F是校正因子。如果测得滴下液滴体积及毛细管外径,就可从表中查出校正因子F的数值。
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