蒸餾水表面張力實(shí)驗(yàn)原理:
1.大氣泡壓力法測(cè)定表面張力:
其中,B是管端為毛細(xì)管的玻璃管,與液面相切。毛細(xì)管中大氣壓為P0。試管A中氣壓為P,當(dāng)打開活塞E時(shí),C中的水流出,體系壓力P逐漸減小,逐漸把毛細(xì)管液面壓至管口,形成氣泡。當(dāng)氣泡在毛細(xì)管口逐漸長大時(shí),其曲率半徑逐漸變小,氣泡達(dá)大時(shí)便會(huì)破裂。此時(shí)氣泡的曲率半徑小,即等于毛細(xì)管半徑r,氣泡承受的壓力差也大△P=P0-P=2γ/r
此壓力差可由壓力計(jì)D讀出,故γ =r△P/2
若用同一支毛細(xì)管測(cè)兩種不同液體,其表面張力分別為γ1、γ2,壓力計(jì)測(cè)得壓力差分別為△P1、△P2則:
γ1/γ2=△P1/△P2
若其中一種液體的γ已知,例如水,則另一種液體的表面張力可由上式求得。
2.毛細(xì)管身升高法:
毛細(xì)管法測(cè)定表面張力儀器 毛細(xì)管表面張力示意圖
當(dāng)一根潔凈的,無油脂的毛細(xì)管浸進(jìn)液體,液體在毛細(xì)管內(nèi)升高到h高度。在平衡時(shí),毛細(xì)管中液柱重量與表面張力關(guān)系為:2πσrcosθ=πr2gdh
σ=gdhr/2cosθ (1)
如果液體對(duì)玻璃潤濕,θ=0,cosθ=1(對(duì)于很多液體是這樣情況),則:
σ=gdhr/2 (2)
式中σ為表面張力;g為重力加速度;d為液體密度;r為毛細(xì)管半徑。
上式忽略了液體彎月面。如果彎月面很小,可以考慮為半球形,則體積應(yīng)為:
πr3 -2/3 πr3 =1/3πr3
從(2)可得:σ=gdr/2(h+1/3r) (3)
更準(zhǔn)確些,可假定彎月面為一橢圓球。(3)式應(yīng)變?yōu)椋?br />σ=gdhr/2(1+1/3(r/h)-0.1288(r/h)2+0.1312(r/h)3) (4)
3. 滴重法:
從圖中可看出,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),從外半徑為r的毛細(xì)管滴下的液體重量應(yīng)等于毛細(xì)管周邊乘以表面張力,即:mg=2πσr (5)
式中m為液滴質(zhì)量;r為毛細(xì)管外半徑;σ為表面張力;g為重力加速度。
事實(shí)上,滴下來的僅僅是液滴的一部分。因此(5)式中給出的液滴是理想液滴。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,滴下來的液滴大小是v/r3的函數(shù),即由f(v/r3)所決定(其中v是液滴體積)。(5)式變?yōu)閙g=2πσr f(v/r3) (6)
σ=mg/(2πσf(v/r3))=Fmg/r (7)
式(7)中的F是校正因子。如果測(cè)得滴下液滴體積及毛細(xì)管外徑,就可從表中查出校正因子F的數(shù)值。
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