本文利用自制儀器對純凈水和硅油、純凈水和乙酸乙酯所形成的液-液界面張力進行了(le)動態測量。

圖1為自制2種液(ye)(ye)體(ti)間界面張力(li)的動態實時測量裝置圖，該(gai)儀器(qi)主(zhu)要(yao)包括電(dian)腦顯示器(qi)、同步信(xin)號轉換(huan)器(qi)、自制實驗(yan)架(jia)臺、力(li)敏傳感器(qi)、金(jin)屬吊環、恒溫杯(bei)、溫度計、排液(ye)(ye)孔(kong)、排液(ye)(ye)管(guan)、流速調節器(qi)和(he)儲液(ye)(ye)槽等組成(cheng).

圖(tu)1自制實驗儀(yi)器(qi)裝置(zhi)圖(tu)

與傳(chuan)統的表面張力(li)測(ce)量儀(yi)器相比較，本(ben)實驗(yan)裝置(zhi)有如下優(you)點：

1)通過(guo)同步(bu)信(xin)號轉換器(qi)將力敏傳(chuan)感(gan)器(qi)測量(liang)的電(dian)壓信(xin)號轉換為數字信(xin)號，并(bing)在(zai)電(dian)腦顯示器(qi)上實(shi)時直(zhi)觀顯示，并(bing)通過(guo)嵌套軟(ruan)件在(zai)計算(suan)機(ji)上實(shi)時記錄電(dian)壓值，繪(hui)制出電(dian)壓的變化曲線(xian)，代替(ti)人(ren)工(gong)記數，從而減小實(shi)驗(yan)測量(liang)誤差.

2)通(tong)過(guo)從(cong)容器底部緩(huan)慢勻速排出(chu)液體的(de)方式實現液體與金屬吊環之間的(de)拉脫過(guo)程，在該過(guo)程中金屬吊環始(shi)終保(bao)持水平狀態，其平穩性好，避免(mian)了(le)(le)用手動調節金屬吊環位置變化(hua)而引起的(de)測量誤(wu)差，提高了(le)(le)實驗精度.通(tong)過(guo)流(liu)速調節器可控制從(cong)容器底部緩(huan)慢勻速排出(chu)液體的(de)流(liu)速，還可以用來探究液體流(liu)速對(dui)液-液界面張力的(de)影(ying)響，從(cong)而找到測量的(de)最(zui)佳實驗條件(jian).

3)可以(yi)控(kong)制和檢測(ce)待測(ce)液(ye)體的溫(wen)度(du).在測(ce)量過程中(zhong)為了(le)控(kong)制待測(ce)液(ye)體的溫(wen)度(du)，該裝置采用設置有溫(wen)度(du)計的恒溫(wen)容器盛(sheng)放待測(ce)液(ye)體，既可以(yi)讀取待測(ce)液(ye)體的溫(wen)度(du)值，又能夠保持(chi)待測(ce)液(ye)體的溫(wen)度(du)恒定(ding)，從(cong)而減(jian)小了(le)溫(wen)度(du)對實驗(yan)結(jie)果的影響.

動態測量方法(fa)

實(shi)(shi)驗過(guo)程(cheng)：接(jie)通電(dian)源，將(jiang)儀器(qi)(qi)(qi)預熱15min；在傳感器(qi)(qi)(qi)橫梁端頭的(de)(de)小鉤上(shang)掛(gua)砝碼盤(pan)并進行(xing)定標；將(jiang)金屬吊(diao)環清潔干凈，調平后(hou)(hou)掛(gua)在傳感器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)小鉤上(shang)；實(shi)(shi)驗時，先(xian)將(jiang)吊(diao)環置于密(mi)度(du)較(jiao)大的(de)(de)液體(ti)Ⅰ中，然(ran)后(hou)(hou)再注入密(mi)度(du)較(jiao)小的(de)(de)液體(ti)Ⅱ，調節流速調節器(qi)(qi)(qi)控制從容器(qi)(qi)(qi)底(di)部緩慢勻(yun)速排(pai)出液體(ti)的(de)(de)流速，測(ce)量出電(dian)壓(ya)U隨(sui)時間(jian)t的(de)(de)變化曲線。圖2為純凈水和硅油的(de)(de)界面張力(li)測(ce)量過(guo)程(cheng)中電(dian)壓(ya)U隨(sui)時間(jian)t的(de)(de)變化曲線。

圖(tu)2電(dian)壓U隨時間變化曲線

實(shi)驗測量(liang)結果

實驗測量所用金屬(shu)吊環的(de)外徑、內徑分別為(wei)0.034 96 m和(he)0.033 10 m.在20℃實驗條件下，采用自制2種液(ye)體(ti)間界面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)動態(tai)實時測量儀，測量了純(chun)凈(jing)水(shui)-硅油和(he)純(chun)凈(jing)水(shui)-乙(yi)酸乙(yi)酯間的(de)界面(mian)(mian)張力(li)(li).測量出金屬(shu)吊環由液(ye)體(ti)I中完全進入(ru)液(ye)體(ti)Ⅱ的(de)過程中，液(ye)體(ti)I的(de)液(ye)膜(mo)被(bei)拉(la)斷前電(dian)壓的(de)最大值U1，拉(la)斷后(hou)趨(qu)于穩定時的(de)電(dian)壓值為(wei)U2，數據結果如表1所示(shi)。

表(biao)1 2種液(ye)體間界面張(zhang)力(li)的動態實時測(ce)量(liang)結果

計(ji)算出當金屬吊環從(cong)純凈水(shui)到完全進入(ru)硅油(you)的過程中(zhong),定(ding)標k=2.13 mV/N,拉斷液膜的力

f=ΔU/k=5.87×10-3N,

故通(tong)過該實驗裝置所測(ce)得的純凈水和硅(gui)油(you)2種液體(ti)的界面張力：α=f/l=27.46×10-3N/m.

計算(suan)出當金屬(shu)吊環從純凈水到完(wan)全進入乙酸乙酯的(de)過程中，定標k=3.07 mV/N,拉斷液膜的(de)力為(wei)

f=ΔU/k=1.50×10-3N,

故通(tong)過該(gai)實驗裝(zhuang)置所測(ce)得的純凈水和乙(yi)(yi)酸乙(yi)(yi)酯2種(zhong)液體的界(jie)面(mian)張力(li)：α=f/l=7.01×10-3N/m.

在20℃時，純凈水-乙酸乙酯間界面張力(li)的標準值為α0=6.80×10-3N/m，對(dui)比實驗測(ce)量結果，計算出其相(xiang)對(dui)偏差為3.09%。