表面张力原理及测定方法

表面张力原理及测定方法

        液面一般呈现出基面面积缩小的趋势，如椭圆形雨滴（受重力场影响）、毛细管口上的水滴、夏日早晨草地上的露珠、玻璃板上的水银球等。在等体积液体呈现的各种形状中，球体的表面积*小。
        观察表面张力*典型的实验是皂膜实验。例如，ABCD是金属框，CD是可动边，边长L。只要把金属框从皂液中提起，就可以观察到CD边会自动收缩。为了保持 CD 侧静止，必须施加适当的外力 f。但是 CD 侧受到一个大小相等但与力 f 方向相反的力。 f=r×2L
        式中，“2”是因为液膜有厚度，有两个面； r为比例系数，称为表面张力系数，或简称表面张力。
        表面张力是指垂直于单位长度作用在液面上的表面张力（对于弯曲的液面是液面的切面），单位为N·m-1（牛顿·m-1）或mN·m-1（毫牛顿·m-1）。
        力的三个要素：作用点、方向和大小。对于表面张力，作用点在曲面上，如果是曲面，则在切面上；表面积的收缩反映了方向；大小是每单位长度的力。但需要注意的是，对于表面张力来说，作用点应该是作用线，也就是作用在单位长度上的力，其实就是二维空间中的压力概念。
        关于表面张力的方向，烧杯中的水在表面任意位置取单位长度，或取一圈。从图中可以看出，在平坦液面单位长度的两个方向上存在表面张力，大小相等，方向相反，相互抵消；在平坦的液面上取任意圆，圆周上的切线取单位长度。 ，且大小相等，合力也为零。对于喷嘴上的液滴，重力G的作用增加了液滴的表面积，而表面张力则从相反方向收缩了液滴的表面积。这是一个弯曲的液体表面。表面张力的方向在喷嘴周围所有方向的切平面上。
        表面张力测量方法：
        威廉挂片法
        Wilhelmy 挂片法比较简单，不需要修正。这种方法是在天平的一个臂上挂一块薄薄的铂金或云母或毛玻璃，使挂片与被测液面  精  确接触，测量挂片与液面分离所需的力F .设置挂件的宽度 x、厚度 y 和重量 w。如果液体完全润湿挂件，则接触角θ=00，所以 F=2(x+y)Υ+w
         Υ=
         Du Noǖy循环法
        环法（Du Noǖy）是用平衡臂或扭线装置（Du Noǖy表面张力计）将铂环平放在液面上，然后使环与表面分离所需的力F为实测，F=W总-W环，W环为环的重量。 F与表面张力的关系为
        Υ=×f
        其中 R 是环的半径； f 是校正因子。为确保接触角为零或接触角恒定，铂环在使用前应在强酸中仔细清洗或烧毁。开始测试时，平躺在静止的液体表面上。如果是界面张力，较低的液体应该对环有更好的润湿性。
        修正系数 f 考虑了拉断位置环的非垂直表面张力和接触液体的复杂形状的影响。大量实验表明，修正因子 F 是总和的函数，其中 V 是被环拉起的液体体积，r 是铂丝的半径。 F 值可以在图 1-15 中找到。如果你需要更多的价值，你可以查看相关的专着。