用毛细管法测量液体的表面张力系数

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1、毛细管法测定液体表面张力系数的研究余国昌(玉溪师范学院物理与教育技术系2004级物理学本科班云南玉溪653100)指导教师周永才摘要：我们在大学物理实验中已经做过用拉脱法测量液体表面张力系数的实验，拉脱法是一种较直观，概念清楚的测量方法。以下我们来讨论用另一种测量液体的表面张力系数的方法——毛细管法。毛细管升高法是一种间接测量方法，它适用于所有液体(水银除外)，现在我们就来研究用这种方法测量液体的表面张力系数。关键词：毛细管；润湿；表面张力；毛细现象1.引言在日常生活中,我们对见到的一些现象可能已经习以为常,认为它们理应如此,但是为什么会这样,就

2、没有过多地去想了。比如,下过雨后,我们可以见到树叶、草上的小水珠都接近于球形；不小心打碎了体温计后,里面的水银掉到地上,小水银滴也呈球形等；这些现象都与表面张力有关。那么什么是液体的表面张力呢？2.液体表面张力原来液体与气体相接触时,会形成一个表面层,在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力,它能使液面自动收缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏,所以它们受到指向液体内部的力的作用,使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜,有收缩趋势,从而使液体尽可能地缩小它的表面积。我们知道,球形是一定体积下具有最小的表面

3、积的几何形体。因此,在表面张力的作用下,液滴总是力图保持球形,这就是我们常见的树叶上的水滴接近球形的原因。这种液体表面的张力作用，从性质上看，类似固体内部的拉伸胁强，只不过这种胁强存在于极薄的表面层内，而且不是由于弹性形变引起的，任何液体表面都受到表面张力的作用。表面张力的方向与液面相切,并与液面的任何两部分分界线垂直,如果液面是水平的，则表面张力也是水平的；如果液面是曲面的，则表面张力沿着跟液面相切的方向；表面张力就表现为直线两旁的液面以一定的拉力相互作用，拉力存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度x成正比，即：F=ax1比例系数a称

4、为液体的表面张力系数，表示单位长度的直线两旁液面之间的表面张力，单位是N/m.3.浸润和不浸润现象当液体和固体接触时,若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力,液体就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称为浸润；反之，若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，则液体不会在固体表面扩张，这种现象称为不浸润。在液体与固体接触时，液体表面的切线与固体表面的切线在液体内所成的角度θ称为接触角。θ为锐角时属浸润情况，θ=0时称为完全浸润；θ为钝角时属不浸润情况，θ=Π时称为完全不浸润。浸润与否决定于液体，固体的性质。如纯水能完全

5、浸润干净的玻璃，但不能浸润石蜡。水银不能浸润玻璃，但能浸润干净的铜，铁等。3.1浸润情形图1.θ为锐角时属浸润3.2不浸润情形图2.θ为钝角时属不浸润4.毛细现象把几根内径不同的细玻璃管插入水中,可以看到,管内的水面比容器里的水面高，管子的内径越小,里面的水面越高.把这些细玻璃管插入水银中,发生的现象正好相反,管子里的水银面比容器里的水银面低，管子的内径越小,里面的水银面越低。浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象,叫做毛细现象。能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管。毛细现象是液体表面张力的一种表现形式。25.液体的表面张

6、力与我们的生活息息相关在生活中有许多的现象都可以用表面张力来解释，如毛细现象等。我们平常所见到的用毛巾擦汗、粉笔吸干纸上墨水等现象都可用毛细现象来说明,毛巾、棉花、粉笔、土壤等物体,内部有许多小细孔,起着毛细管作用。在酒精中,用棉线作灯芯,可以使酒精沿灯芯上升；而若用丝线来做灯芯,可能点不着酒精灯。这是因为酒精不能浸润丝线,在丝线灯芯中酒精是下降的。毛细现象对植物生长也具有很重要的意义,它们所需要的养分和水分就是由根、叶子和茎中的小管从土壤中吸上来,输送到绿叶里的。这就像不停止的抽水机,不知疲倦地把水分、养分送到植物的每一个细胞。另外,土壤中有很

7、多毛细管,地下的水分沿着这些毛细管上升到地面蒸发掉。如果要保存地下的水分来供植物吸收,就应该锄松表面的土壤,切断这些毛细管,减少水分的蒸发。所以农民常在雨后给庄稼松土,来保持水分。利用毛细现象,人们还生产出各种钢笔、签字笔和彩色水笔。当用它们在纸上书写时,纸马上显现出字迹来,这是我们平日所见惯了的,但却很少有人想到,为什么写字的时候,墨水会源源不断地出来,而不写字的时候,它就不跑出来?现在我们已经知道,这是依靠钢笔身上一系列毛细槽和笔尖上的细缝,把笔胆内的墨水输送到笔尖；而签字笔和彩色水笔的笔尖是与一根细长的管子相连,管内壁有吸满了墨水的棉卷,有

8、的彩色水笔笔尖也是用含多个毛细孔的材料做的。写字时,笔尖一碰到纸,墨水就附着在纸上,并在纸上面留下字迹。当不写字的时候,墨水为什么不流出