表面张力仪：测量液体表面张力的关键工具

表面张力是液体的重要特性，它决定了液体在特定条件下的行为。测量液体表面张力至关重要，因为它可以提供有关液体性质、行为和工业应用的信息。表面张力仪是专门用于测量液体表面张力的仪器，在科学研究、工业生产和质量控制中发挥着至关重要的作用。

表面张力的定义

表面张力是液体表面单位长度处作用的力，与液体内部相邻区域的力相平衡。它本质上是一种收缩力，使液体表面收缩并最小化其面积。表面张力由液体分子之间的内聚力引起，这些力将分子拉向液体内部，远离表面。

表面张力仪的工作原理

表面张力仪测量液体表面张力的原理是根据力或形状的变化。有各种类型的表面张力仪，每种仪器都利用不同的方法来测量表面张力：

• 滴重法：测量从已知半径毛细管中悬垂液滴的重量。重量与液体密度、重力加速度和毛细管半径相关，从而可以计算表面张力。
• 泡压法：测量在液体中形成气泡所需的压力。气泡压力与液体表面张力以及气泡半径和深度相关。
• 拉力法：测量拉出液体表面的环或板所需的力。拉力与液体表面张力以及环或板的周长相关。
• 形状法：根据液体通过毛细管或平板倾斜后的形状来测量表面张力。液体形状由液体密度、重力加速度和表面张力决定。

表面张力仪的类型

有各种类型的表面张力仪，每种仪器都适用于

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“液体表面张力系数测定仪”实验报告如下。

“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。

由于液面收缩而产生的沿切线方向的力Ft称之为表面张力，角φ称之为接触角。

当缓缓拉出钢片时，接触角φ逐渐的减小而趋于零，因此Ft方向垂直向下。 在钢片脱离液体前诸力平衡的条件为F=mg+Ft （1）。

其中F是将薄钢片拉出液面的时所施加的外力，mg为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。

表面张力Ft与接触面的周长2(l+d)成正比，故有Ft=2σ(l+d)，式中比例系数σ称之为表面张力系数，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。

将Ft代入式（1）中得δ=F-mg/2(1+d ) （2）。

当用环形丝代替薄钢片做此实验时，设环的内外直径为D1、D2，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差f=F–mg=π(D1+D2)σ,此时 δ=F/π(D^1+D^2 ) （3）。

只要测出力f和环的内外直径，将它们代入式(3)，即可算出液体的表面张力系数σ。

式中各量的单位统一为国际单位。 三、【实验步骤】（1）开机预热。 （2）清洗玻璃器皿和吊环。 （3）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。 （4）将砝码盘挂在力敏传感器上，对力敏传感器定标。 （5）挂上吊环，测定液体表面张力系数。 当环下沿全部浸入液体内时，转动升降台的螺帽，使液面往下降。

记下吊环拉断液面瞬间时的电压表的读数U1，拉断后瞬间电压表的读数U2。则f=(U1-U2)/B

扩展资料：

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。

力敏传感器测量液体表面张力系数的方法

力敏传感器测量液体表面张力系数的方法如下：1、准备工具和材料：力敏传感器、液体表面张力系数测定仪、游标卡尺、金属圆环、待测液体（如水、乙醇和不同浓度的蔗糖水溶液等）。 2、测量金属圆环的内、外直径，记录数据。 3、清洗玻璃器皿和吊环。 4、在玻璃器皿内放人被测液体，并将玻璃器皿安放在升降台上。 5、将砝码盘挂在力敏传感器挂钩上。 6、将力敏传感器挂在金属圆环上，然后将金属圆环浸入待测液体中。 7、缓慢调节上升架，观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，记录圆环在即将拉断液柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，记录数据。 8、根据测量结果计算液体表面张力系数。

表面张力的测量原理是什么？

用硅压阻力敏传感器测定液体表面张力系数一．实验目的1．了解液体表面张力的性质，掌握拉托法测定液体表面张力的原理。 2．学习硅压阻力敏传感器的物理原理，测定水等液体的表面张力系数。 二．实验仪器图1表面张力系数测定仪WBM-1A型液体表面张力测定仪、游标卡尺三．实验原理（缺两张图）表面张力是分子力的一种表现，它发生在液体和气体接触的边界部分，是由表面层的液体分子处于特殊情况决定的。 液体内部的分子和分子之间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。 在液体表面附近的分子，由于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，这种收缩力称为表面张力。 表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。 如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分(如图2所示)，f表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，f´表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。 这种表面层中任何两部分间的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势。 由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。 图2液体表面张力示意图表面张力的方向和液面相切，并和两部分的分界线垂直，如果液面是平面，表面张力就在这个平面上。 如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。 表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面的性质有关。 表面张力f的大小跟分界线MN的长度L成正比，可写成f = αL（1）系数α叫做表面张力系数，它的单位是“N/m”。 在数值上表面张力系数就等于液体表面相邻两部分间单位长度的相互牵引力，表面张力系数与液体的温度和纯度等有关，与液面大小无关。 液体温度升高，α减小，纯净的液体混入微量杂质后，α明显减小。 图3拉脱过程受力分析普通物理实验中测量表面张力的常用方法有拉脱法、毛细管法和最大泡压法等。 这里我们采用拉脱法，用硅压阻力敏传感器测量液体的表面张力。 具体测量方法是把一个表面清洁的铝合金圆环吊挂在力敏传感器的拉钩上，升高升降台使铝合金圆环垂直浸入液体中，降低升降台，液面下降，当吊环底面与液面平齐或略高时，由于液体表面张力的作用，吊环的内、外壁会带起一部分液体，如图3所示。 平衡时吊环重力mg、向上拉力F与液体表面张力f满足F=mg+fcosφ （2）吊环临界脱离液体时，φ=0，即cosφ=1，则平衡条件近似为f=F-mg=α(D1+D2)π（3）式中D1、D2分别为吊环的内径和外径，液体表面的张力系数为α=(F-mg)/π(D1+D2)（4）实验需测出F、mg及D1和D2。 利用力敏传感器测力，首先进行硅压阻力敏传感器定标，求得传感器灵敏度B (mV/N)，再测出吊环在即将拉脱液面时(F=mg+f)电压表读数U1，记录拉脱后(F=mg)数字电压表的读数U2，代入式(3)得α=(U1+U2)/Bπ(D1+D2)。 （5）四．实验步骤1. 实验准备开机预热15分钟，清洗玻璃器皿和吊环；用游标卡尺分别测量吊环的内外直径D1和D2。 2．硅压阻力敏传感器定标（1）将砝码盘挂在力敏传感器的钩上，选择“200 mV”档位对传感器调零定标。 （2）每次将1 g（1个）的砝码放入砝码盘内，分别记录下数字电压表的读数，直至加到7 g为止，将数据记录于表1中（待电压表输出基本稳定后再读数）。 3．测定表面张力在玻璃器皿内放入待测的水并安放在升降台上，将金属吊环挂在力敏传感器的钩上，吊环应保持水平，顺时针缓慢转动升降台使液面上升，当吊环下沿部分全部浸入液体内时，改为逆时针缓慢转动升降台使液面下降，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象，特别注意吊环即将拉断液面前一瞬间的数字电压表读数U1和拉断后数字电压表读数U2，并记录下这两个数值，重复上述测量过程5次，应的U1和U2记录于表2中。 五．注意事项（1）力敏传感器使用时用力不宜大于30 g，否则损坏传感器，砝码应轻拿轻放。 （2 器皿和吊环经过洁净处理后，不能再用手接触，亦不能用手触及液体。 （3）吊环保持水平，缓慢旋转升降台，避免水晃动，准确读取U1和U2。 （4）实验结束后擦干、包好吊环。 六．实验数据表1 力敏传感器定标砝码质量/g输出电压/mV根据定标公式U=B*mg，用最小二乘法确定仪器的灵敏度B， g=9.80 m/s2。 表2 测定水的表面张力系数次数U1/mVU2/mVΔ(U1-U2)/mVα/(×10-3N/m)内径D1/mm外经D2/mm七．思考题（1）还可以采用哪些方法对力敏传感器灵敏度B的实验数据进行处理？（2）分析吊环即将拉断液面前的一瞬间电压表读数值由大变小的原因？（3）对实验的系统误差和随机误差进行分析，提出减小误差改进实验的方法措施？

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