数学物理实验报告班级：姓名：学号：实验日期：2019年4月18日实验名称：液体表面张力的测定与应用一、实验目的（一）学习和把握最大气泡压力法测定苯酚水碱液的表面张力的原理和技巧（二）加深理解吉布斯表面吸附公式及其应用（三）了解等面积图结微分法的基本原理（四）学习利用计算机初步用非线性拟合法处理实验数据二、实验原理1、表面张力的测定：表面张力仪中的毛细管与待测液体面相切时，液面即沿毛细管上升。打开分液漏斗的活塞，使水平缓下滴而降低系统压力，这样毛细管内液面上遭到一个比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管锥面上形成的斥力稍小于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压检测仪上读出。其关系式为=−=∆最大大气系统2假如毛细管直径为r，气泡由毛细管口逸出时遭到向上的总压力为π，气最大泡在毛细管遭到的表面张力造成的斥力为2πrσ。刚发生气泡自毛细管口逸出时，上述压力相等即22π=π∆=2πrσ最大σ=2若用同一根毛细管，对两种具有表面张力分别为σ、σ的液体而言，则有下述12关系：1=122=2212=12211==⋅12式中K为仪器常数其单位为m。
因而，以已知表面张力的液体为标准，即可求出其它液体的表面张力，将这些测定表面张力的方式称作最大气泡压力法。2、吉布斯吸附公式：纯液体表面层的组成与内部层相同，因而，液体增加体系表面自由能的惟一途径是尽可能缩小其表面积。对于碱液则因为溶质会影响表面张力，因而可以调节溶质在表面层的含量来增加表面自由能。依据能量最低原则，溶质能减少溶剂的表面张力时，表面层中溶质的含量应比碱液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力下降时，它在表面层中的含量比在内部的含量来得低，这些表面含量与氨水内部含量不同的现象叫“吸附”。其实，在指定体温和压力下，吸附与氨水的表面张力及氨水的含量有关，Gibbs用热力学的方式推导入它们之间的关系式。对于二组分碱液，当溶质的黏度可用其相对含量取代时，Gibbs公式可以表示为：=−⋅式中Γ为表面吸附量（mol/m2）；为碱液的表面张力（J/m2）；为热力学温度；为碱液含量（mol/m3）；为二氧化碳常数。当/<0时，>0称为正吸附；反之当/>0时，<0称为负吸附。后者表明加入溶质使液体表面张力增长，这种物质称表面活性物质。
前者表明加入溶质使液体表面张力下降，这种物质称非表面活性物质。因而，从Gibbs关系式可看出，只要测出不同含量碱液的表面张力，以σ～ｃ画图，在图的曲线上作不同含量的切线，把切线的斜率代入Gibbs吸附公式，即可求出不同含量时气～液界面上的吸附量。3.兰格缪尔（）吸附公式在一定的湿度下，吸附量与氨水含量之间的关系由等温式表示：式中∞为饱和吸附量，b为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。将上式化成直线多项式则：1=+∞∞若以/−画图可得仍然线大学物理实验论文液体表面张力系数的测定，由直线斜率即可求出。每位溶质分子所抢占的氨水表面积即溶质分子的横截面积就可以表示为：如果在饱和吸附的情况下，在气～液界面上布满一单分子层，则可应用下式求得被测物质的横截面积q。三、仪器和药品表面张力仪，超级恒温槽，抽钢瓶，数显压差计，胶头滴管，50mL容量瓶13个，水银体温计（0-100℃）1支，5mL、10mL、25mL移液管各一支，无水乙酸。四、实验步骤1.配制碱液。按要求用移液管移取相应容积的乙酸原始碱液到不同的50mL容量瓶中，并用分馏水稀释至刻度大学物理实验论文液体表面张力系数的测定，配制出13种待测碱液。
2.测定仪器常数。把表面张力仪调节到垂直，在A管中注入分馏水，使液面刚才与毛细管B的上端接触。之后缓缓打开抽钢瓶的旋塞D抽气，直至有气泡从毛细管上端逸出。并适当调节旋塞D的防水速率促使2~3s逸出一个气泡为宜。这时持续观察数显压差计2~3min，并把最大压差值Δ记录出来。−2−1液体的表面张力都与气温有关。纯水在25℃下的表面张力为7.197×10⋅。结合此处测得的Δ，由=-1⋅Δ可以求得所用仪器的仪器常数。23.从稀到浓依次测定配置的乙酸水碱液的Δ，并结合表面张力仪的仪器常数估算每一种碱液的表面张力。此处须要注M意的是，每次测试前须要用少量的待测液体把表面张力仪润洗两次。五、实验数据记录温度28.1℃Δ=0.702=1.108×10−4Δ∆∆⁄∆∆∙−1∙−1∙−1∙−1∙2∙−10.06-0.6730.0746---0.12-0.6280.06960.060.00500..18-0.6110.06770.060.00190..