液体表面张力的实验原理

一、测定方法

液体表面张力的测定方法主要分为静态法和动态法。在静态法中，包括毛细管上升法、DuNouy吊环法、Wilhelmy盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法以及最大气泡压力法等。而动态法则涵盖了喊州羡旋滴法、震荡射流法和悬滴法等。需要注意的是，毛细管上升法和最大气泡压力法不适用于液-液界面张力的测定。Wilhelmy盘法、最大气泡压力法以及振荡射流法可以用于测定动态表面张力。

二、静态法测定表面张力

1、滴重法（滴体积法）

滴重法，又称滴体积法，是一种精确且简便的测量方法。其基本原理是：从毛细管滴头滴下的液体滴大小与表面张力成正比，即表面张力越大，形成的液滴也越大。这一关系可以用以下关系式表示：

\[ W = 2\pi R\gamma f \] \[ \gamma = \frac{W}{2\pi Rf} \]

其中，W代表液滴的重量；R为毛细管滴头的半径，其值由测量仪器确定；f为校正系数。通常实验室中测量液滴体积更为方便，因此式（2）可以改写为：

\[ \gamma = \frac{V\rho g}{R} \times \frac{1}{2\pi f} \]

其中，V为液滴体积；ρ为液体密度；f为校正因子。

对于特定的测量仪器和被测液体，R和ρ是固定的。在测量过程中，只需测出数滴液体的体积，即可计算出液体的表面张力。

2、毛细管上升法

毛细管上升法是将毛细管插入液体中，液体沿毛细管上升至一定高度后，内外液体达到平衡状态，液体不再上升。此时，液面对液体施加的向上拉力与液体总向下的力相等，即：

\[ \gamma = \frac{1}{2} \rho l - \rho g \frac{ghr}{\cos\theta} \]

其中，γ为表面张力；r为毛细管半径；h为液面上升的高度；ρl为测量液体密度；ρg为气体密度（空气和蒸气）；g为当地重力加速度；θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小且θ=0，则上述公式（1）简化为：

\[ \gamma = \frac{1}{2} \rho ghr \]