本文利用自制儀器對(duì)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(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)量。

圖1為自制2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量裝置圖，該儀器主要包括電腦顯示器、同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器、自制實(shí)驗(yàn)架臺(tái)、力敏傳感器、金屬吊環(huán)、恒溫杯、溫度計(jì)、排液孔、排液管、流速調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)液槽等組成.

圖1自制實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖

與傳統(tǒng)的表面張力測(cè)量?jī)x器相比較，本實(shí)驗(yàn)裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)同步信號(hào)轉(zhuǎn)換器將力敏傳感器測(cè)量的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在電腦顯示器上實(shí)時(shí)直觀顯示，并通過(guò)嵌套軟件在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)記錄電壓值，繪制出電壓的變化曲線，代替人工記數(shù)，從而減小實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差.

2)通過(guò)從容器底部緩慢勻速排出液體的方式實(shí)現(xiàn)液體與金屬吊環(huán)之間的拉脫過(guò)程，在該過(guò)程中金屬吊環(huán)始終保持水平狀態(tài)，其平穩(wěn)性好，避免了用手動(dòng)調(diào)節(jié)金屬吊環(huán)位置變化而引起的測(cè)量誤差，提高了實(shí)驗(yàn)精度.通過(guò)流速調(diào)節(jié)器可控制從容器底部緩慢勻速排出液體的流速，還可以用來(lái)探究液體流速對(duì)液-液界面張力的影響，從而找到測(cè)量的最佳實(shí)驗(yàn)條件.

3)可以控制和檢測(cè)待測(cè)液體的溫度.在測(cè)量過(guò)程中為了控制待測(cè)液體的溫度，該裝置采用設(shè)置有溫度計(jì)的恒溫容器盛放待測(cè)液體，既可以讀取待測(cè)液體的溫度值，又能夠保持待測(cè)液體的溫度恒定，從而減小了溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.

動(dòng)態(tài)測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：接通電源，將儀器預(yù)熱15min；在傳感器橫梁端頭的小鉤上掛砝碼盤(pán)并進(jìn)行定標(biāo)；將金屬吊環(huán)清潔干凈，調(diào)平后掛在傳感器的小鉤上；實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將吊環(huán)置于密度較大的液體Ⅰ中，然后再注入密度較小的液體Ⅱ，調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)器控制從容器底部緩慢勻速排出液體的流速，測(cè)量出電壓U隨時(shí)間t的變化曲線。圖2為純凈水和硅油的界面張力測(cè)量過(guò)程中電壓U隨時(shí)間t的變化曲線。

圖2電壓U隨時(shí)間變化曲線

實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)量所用金屬吊環(huán)的外徑、內(nèi)徑分別為0.034 96 m和0.033 10 m.在20℃實(shí)驗(yàn)條件下，采用自制2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x，測(cè)量了純凈水-硅油和純凈水-乙酸乙酯間的界面張力.測(cè)量出金屬吊環(huán)由液體I中完全進(jìn)入液體Ⅱ的過(guò)程中，液體I的液膜被拉斷前電壓的最大值U1，拉斷后趨于穩(wěn)定時(shí)的電壓值為U2，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1 2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果

計(jì)算出當(dāng)金屬吊環(huán)從純凈水到完全進(jìn)入硅油的過(guò)程中,定標(biāo)k=2.13 mV/N,拉斷液膜的力

f=ΔU/k=5.87×10-3N,

故通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置所測(cè)得的純凈水和硅油2種液體的界面張力：α=f/l=27.46×10-3N/m.

計(jì)算出當(dāng)金屬吊環(huán)從純凈水到完全進(jìn)入乙酸乙酯的過(guò)程中，定標(biāo)k=3.07 mV/N,拉斷液膜的力為

f=ΔU/k=1.50×10-3N,

故通過(guò)該實(shí)驗(yàn)裝置所測(cè)得的純凈水和乙酸乙酯2種液體的界面張力：α=f/l=7.01×10-3N/m.

在20℃時(shí)，純凈水-乙酸乙酯間界面張力的標(biāo)準(zhǔn)值為α0=6.80×10-3N/m，對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出其相對(duì)偏差為3.09%。