表面張力的測量方法

1、表面張力的測量方法英才學院1236305 張雍淋6121810519液體表面張力測量在化學、醫(yī)藥、生物工程等領域具有重要意義， 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價金 相組織及孕育效果等重要參數(shù)。目前，測量液體表面張力系數(shù)有毛細 上升法、最大氣泡壓力法、液滴法等。1 .毛細上升法這個方法，研究的比較早，在理論和實際上都比較成熟。如圖 1 所示，干凈的毛細管浸入液體內(nèi)部時，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。此時表面張力產(chǎn)生的附加力 為向上的拉力，并使毛細管內(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?shù)氐闹亓铀俣取Ｔ?實際應用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液體完全潤濕，可以近似的認為=0。毛細上升法是測定表面張力最準確的一種方法， 國際上也一直用 此方法測得的數(shù)據(jù)作為標準。應用此方法時，要注意選擇管徑均勻 ， 透明干凈的毛細管，并對毛細管直徑進行仔細的標定； 毛細管要經(jīng)過 仔細徹底的清洗，毛細管浸入液體時要與液面垂直。2 .最大氣泡壓力法如圖2所示，向插入液體的毛細管輕輕的吹入惰性氣體 （如N

3、 等）。如果選用的毛細管半徑很小，在管口形成的氣泡基本上是球形 的。并且當氣泡為半球時，球的半徑最小等于毛細管半徑r ;在其前后曲率半徑都比大，如圖2所示。當氣泡為半球時，泡內(nèi)的壓 力最大，管內(nèi)外最大壓差可由差壓計測量得到。由于毛細管口位于液面下一定位置，氣泡內(nèi)外最大壓差P應該等于差壓計的讀數(shù)減去毛細管端面液位靜壓值。當氣泡進一步長大，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管半徑即 可計算表面張力：r P2此方法與接觸角無關，裝置簡單，測定快速；經(jīng)過適當?shù)脑O計可 以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。氣泡的生成速度以每秒鐘一 個為宜，如果選用管徑較大，氣泡不能近似為球形，則必須進

4、行修正， 可以用標準液體對儀器常數(shù)進行標定。3 .滴重法如圖3所示，對于液體從很細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，當重量比表面張力稍大時，液滴就將 落下來。設管口的半徑為r ,落下的液滴質(zhì)量為m，具表面張力為圖3當?shù)刂亓铀俣葹間,加上對于模型的修正量，可得：mg F r其中F為與r有關的一個修正量，可以通過查表得到。此方法不僅可以測量氣-液界面張力，也可以測量液-液界面張 力。應用時常常用標準液體進行標定。在實驗過程中可以利用一個測 微計使液滴緩慢生長，然后測定落下液滴的質(zhì)量；并且此方法只能應 用于液滴很小的情況。4 .表面波法存在于液體表面的波動稱為表面波。表面波

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