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(jìn)行了動(dòng)態(tài)測量。

圖1為自制2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量裝置圖，該儀器主要包括電腦顯示器、同步信號轉換器、自制實(shí)驗架臺、力敏傳感器、金屬吊環(huán)、恒溫杯、溫度計、排液孔、排液管、流速調節器和儲液槽等組成.

圖1自制實(shí)驗儀器裝置圖

與傳統的表面張力測量?jì)x器相比較，本實(shí)驗裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)同步信號轉換器將力敏傳感器測量的電壓信號轉換為數字信號，并在電腦顯示器上實(shí)時(shí)直觀(guān)顯示，并通過(guò)嵌套軟件在計算機上實(shí)時(shí)記錄電壓值，繪制出電壓的變化曲線(xiàn)，代替人工記數，從而減小實(shí)驗測量誤差.

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)，其平穩性好，避免了用手動(dòng)調節金屬吊環(huán)位置變化而引起的測量誤差，提高了實(shí)驗精度.通過(guò)流速調節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)探究液體流速對液-液界面張力的影響，從而找到測量的最佳實(shí)驗條件.

3)可以控制和檢測待測液體的溫度.在測量過(guò)程中為了控制待測液體的溫度，該裝置采用設置有溫度計的恒溫容器盛放待測液體，既可以讀取待測液體的溫度值，又能夠保持待測液體的溫度恒定，從而減小了溫度對實(shí)驗結果的影響.

動(dòng)態(tài)測量方法

實(shí)驗過(guò)程：接通電源，將儀器預熱15min；在傳感器橫梁端頭的小鉤上掛砝碼盤(pán)并進(jìn)行定標；將金屬吊環(huán)清潔干凈，調平后掛在傳感器的小鉤上；實(shí)驗時(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，調節流速調節器控制從容器底部緩慢勻速排出液體的流速，測量出電壓U隨時(shí)間t的變化曲線(xiàn)。圖2為純凈水和硅油的界面張力測量過(guò)程中電壓U隨時(shí)間t的變化曲線(xiàn)。

圖2電壓U隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

實(shí)驗測量結果

實(shí)驗測量所用金屬吊環(huán)的外徑、內徑分別為0.034 96 m和0.033 10 m.在20℃實(shí)驗條件下，采用自制2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量?jì)x，測量了純凈水-硅油和純凈水-乙酸乙酯間的界面張力.測量出金屬吊環(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，拉斷后趨于穩定時(shí)的電壓值為U2，數據結果如表1所示。

表1 2種液體間界面張力的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量結果

計算出當金屬吊環(huán)從純凈水到完全進(jìn)入硅油的過(guò)程中,定標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)驗裝置所測得的純凈水和硅油2種液體的界面張力：α=f/l=27.46×10-3N/m.

計算出當金屬吊環(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)驗裝置所測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準值為α0=6.80×10-3N/m，對比實(shí)驗測量結果，計算出其相對偏差為3.09%。