數學物理實驗報告班級：姓名：學號：實驗日期：2019年4月18日實驗名稱：液體表面張力的測定與應用一、實驗目的（一）學習和把握最大氣泡壓力法測定苯酚水堿液的表面張力的原理和技巧（二）加深理解吉布斯表面吸附公式及其應用（三）了解等面積圖結微分法的基本原理（四）學習利用計算機初步用非線性擬合法處理實驗數據二、實驗原理1、表面張力的測定：表面張力儀中的毛細管與待測液體面相切時，液面即沿毛細管上升。打開分液漏斗的活塞，使水平緩下滴而降低系統壓力，這樣毛細管內液面上遭到一個比試管中液面上大的壓力，當此壓力差在毛細管錐面上形成的斥力稍小于毛細管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口逸出，這一最大壓力差可由數字式微壓檢測儀上讀出。其關系式為=?=?最大大氣系統2假如毛細管直徑為r，氣泡由毛細管口逸出時遭到向上的總壓力為π，氣最大泡在毛細管遭到的表面張力造成的斥力為2πrσ。剛發生氣泡自毛細管口逸出時，上述壓力相等即22π=π?=2πrσ最大σ=2若用同一根毛細管，對兩種具有表面張力分別為σ、σ的液體而言，則有下述12關系：1=122=2212=12211==?12式中K為儀器常數其單位為m。
因而，以已知表面張力的液體為標準，即可求出其它液體的表面張力，將這些測定表面張力的方式稱作最大氣泡壓力法。2、吉布斯吸附公式：純液體表面層的組成與內部層相同，因而，液體增加體系表面自由能的惟一途徑是盡可能縮小其表面積。對于堿液則因為溶質會影響表面張力，因而可以調節溶質在表面層的含量來增加表面自由能。依據能量最低原則，溶質能減少溶劑的表面張力時，表面層中溶質的含量應比堿液內部來得大。反之溶質使溶劑的表面張力下降時，它在表面層中的含量比在內部的含量來得低，這些表面含量與氨水內部含量不同的現象叫“吸附”。其實，在指定體溫和壓力下，吸附與氨水的表面張力及氨水的含量有關，Gibbs用熱力學的方式推導入它們之間的關系式。對于二組分堿液，當溶質的黏度可用其相對含量取代時，Gibbs公式可以表示為：=??式中Γ為表面吸附量（mol/m2）；為堿液的表面張力（J/m2）；為熱力學溫度；為堿液含量（mol/m3）；為二氧化碳常數。當/<0時，>0稱為正吸附；反之當/>0時，<0稱為負吸附。后者表明加入溶質使液體表面張力增長，這種物質稱表面活性物質。
前者表明加入溶質使液體表面張力下降，這種物質稱非表面活性物質。因而，從Gibbs關系式可看出，只要測出不同含量堿液的表面張力，以σ～ｃ畫圖，在圖的曲線上作不同含量的切線，把切線的斜率代入Gibbs吸附公式，即可求出不同含量時氣～液界面上的吸附量。3.蘭格繆爾（）吸附公式在一定的濕度下，吸附量與氨水含量之間的關系由等溫式表示：式中∞為飽和吸附量，b為經驗常數，與溶質的表面活性大小有關。將上式化成直線多項式則：1=+∞∞若以/?畫圖可得仍然線大學物理實驗論文液體表面張力系數的測定，由直線斜率即可求出。每位溶質分子所搶占的氨水表面積即溶質分子的橫截面積就可以表示為：如果在飽和吸附的情況下，在氣～液界面上布滿一單分子層，則可應用下式求得被測物質的橫截面積q。三、儀器和藥品表面張力儀，超級恒溫槽，抽鋼瓶，數顯壓差計，膠頭滴管，50mL容量瓶13個，水銀體溫計（0-100℃）1支，5mL、10mL、25mL移液管各一支，無水乙酸。四、實驗步驟1.配制堿液。按要求用移液管移取相應容積的乙酸原始堿液到不同的50mL容量瓶中，并用分餾水稀釋至刻度大學物理實驗論文液體表面張力系數的測定，配制出13種待測堿液。
2.測定儀器常數。把表面張力儀調節到垂直，在A管中注入分餾水，使液面剛才與毛細管B的上端接觸。之后緩緩打開抽鋼瓶的旋塞D抽氣，直至有氣泡從毛細管上端逸出。并適當調節旋塞D的防水速率促使2~3s逸出一個氣泡為宜。這時持續觀察數顯壓差計2~3min，并把最大壓差值Δ記錄出來。?2?1液體的表面張力都與氣溫有關。純水在25℃下的表面張力為7.197×10?。結合此處測得的Δ，由=-1?Δ可以求得所用儀器的儀器常數。23.從稀到濃依次測定配置的乙酸水堿液的Δ，并結合表面張力儀的儀器常數估算每一種堿液的表面張力。此處須要注M意的是，每次測試前須要用少量的待測液體把表面張力儀潤洗兩次。五、實驗數據記錄溫度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..