聚合物乳液的表面张力的测定
学生：聂徳键 学号：2011111113000985
指导老师：蔡芳昌
一．实验目的
1.了解测量液体表面张力的实验原理。
2.学会测量液体表面张力的步骤。
3.能正确分析实验数据和结果讨论。
二．实验原理
处于表面层的分子总是趋于向体相内部运动，使得其表面积尽可能最小化，使液体表面收缩，沿着液体表面垂直作用在单位长度上的力称为表面张力。
表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0，但在表面的一个水分子却不如此。因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，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。表面张力是一种物质（不论它是液体还是固体）在某特定状态下的特性，称为本征表面张力。它与该物质的浓度、温度等相关，所以在测定结果后要注明试验时的状态。
表面张力是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层表的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，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只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。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。因此，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。F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6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。
三．实验仪器及药品
表面张力测试仪
水
四．实验步骤
1. 双击桌面KRUSS Laboratory Desktop，进入软件；
2.单击K12/K14中Surface and interfacial tension进入表面张力测试页面；
3.在Projects in Database File中点击右键，选择New Project新建测试样品；
4.在Name中输入样品名称，之后单击Add添加测试样品，本仪器可以通过两种方法测试——环法/板法，选择SFT中对应的选项；
旋动粗调旋钮，调节平台到合适位置，放入待测样品，之后旋转天平固定旋钮，将天平横梁顶起，并将灼烧后的环/板放入卡槽中；
5.Measurement Name中输入样品编号，Liquid中通过点击Browse选择溶剂种类
本实验选择水为溶剂，选择编号69，点击OK确定；与之对应的Gas也可通过相应的方法操作，如若是空气则不用改动；
6. 其他参数不必改动，点击OK设置完毕；
7.确认无误后点击OK；
双击样品名称进入测试界面
8.点击右上角的start measurement进入测试调试阶段；
9.测试完成后，保存实验图像及数据，并整理实验仪器。
五．实验数据分析
Time [s]
Force [mN]
Mass [g]
Surface Tension [mN/m]
Avg. SFT [mN/m]
Std.Dev. SFT [mN/m]
Temperature [deg.C]
0.3
2.5997
0.2651
64.67
--
--
25.5
6.8
2.6115
0.2663
64.96
--
--
25.5
13.4
2.6095
0.2661
64.91
--
--
25.5
20.1
2.6125
0.2664
64.99
--
--
25.5
26.7
2.6145
0.2666
65.04
64.91
0.1433
25.5
33.3
2.6145
0.2666
65.04
64.99
0.0517
25.5
40.1
2.6125
0.2664
64.99
64.99
0.0500
25.5
46.7
2.6164
0.2668
65.08
65.03
0.0408
25.5
53.4
2.6154
0.2667
65.06
65.04
0.0362
25.5
60.0
2.6164
0.2668
65.08
65.05
0.0408
25.5
表面张力与时间的变化关系
六．实验讨论
1.什么是表面张力？液体的表面张力产生的原因？
答：表面张力是指作用于液体表面单位长度上使收缩的力。由于表面张力的作用，液体总是具有收缩表面的倾向。所以，液体表面总是呈球状。液体的内部，分子间的距离很小，分子间相互吸引力很大，但对处在液体内部的分子来说，四周分子对它的作用力是相等的，彼此相互抵消，而处在表面的分子则不同，内部的分子对它的吸引力很大，气体的分子对它的吸引力很小，甚至可以忽略不计，所以表面层分子受到内部分子的作用合力，其方向跟液体表面垂直而指向液体内部，处于液体表面层的分子，受到向内的拉力，因而有被液体尽可能的缩小表面积的趋势，对于液滴来说，有自动缩小表面而收缩成球形状的现象，这就是表面张力在起作用。
2.如何计算液体的表面张力的大小？
答：由于表面张力来自于大量分子间的引力，是大量分子引力的宏观表现，如果参与作用的分子越多，宏观的表面张力就越大。因此表面张力与所研究的那部分液面的周界线的长度L成正比；不同性质的液体，表面张力应不同，因此引入了表面张力系数σ，实验发现表面张力系数与液体性质、温度和纯度有关，故表面张力表示为：F =σL。
3. 液体的表面张力所产生的压强为多少？
答：由于表面张力作用，弯曲液面有一个特点，就是在它的下面产生附加压强，其数值为P =2σR，显然该附加压强和表面张力系数成正比和表面的半径R成反比。表面弯曲越厉害，其半径R越小，附加压强P就越大。对凸液面，液面内压强大于液面外压强，附加压强P向下；对凹液面，液面内压强小于液面外压强，附加压强P向上。
学生：聂徳键
学号：2011111113000985
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