表面張力係數

表面張力係數

表面張力係數,是指促使液體表面收縮的力叫做表面張力。即液體表面相鄰兩部分之間,單位長度內互相牽引的力。如液面被長度為L的直線分成兩部分,這兩部分之間的相互拉力F是垂直於直線L,並與表面相切。比例係數就是液體的表面張力係數。

基本信息

基本簡介

比例係數σ就是液體的表面張力係數,它表示液體表面相鄰兩部分間單位長度的相互牽引力
單位是N/m。

廣義定義

熱力學對表面張力係數的廣義定義為:表面張力係數σ是在溫度T和壓力p不變的情況下吉布斯自由能G對面積S(圖中為A)的偏導數:
其中,吉布斯自由能的單位是能量單位,因此表面張力係數的單位是能量/面積。

影響因素

液體的表面張力係數測量液體的表面張力係數測量
如果液體表面積增大ΔS,液體表面自由能增加ΔE,則表面張力係數σ等於增加單位表面積時,外力所需作的功,也可用下式表示σ=ΔE/ΔS。
這說明,表面張力係數σ在數值上等於增加單位表面積時所增加的表面能,在等溫條件下能轉變為機械能的表面內能部分,在熱力學中稱為表面自由能。從能的角度看,表面張力係數σ就是增加單位表面時所增加的表面自由能。液體表面張力係數的性質表現為:1.液體不同表面張力係數不同。例如,密度小的,容易蒸發的液體表面張力係數小,如液氫和液氦;已熔化的金屬表面張力係數則很大;2.表面張力係數隨溫度的升高而減小,近似地為一線性關係;3.表面張力係數的大小還與相鄰物質的化學性質有關;4.表面張力係數還與雜質有關,加入雜質可促使液體表面張力係數增大或減小。一般說來醇、酸、醛、酮等有機物質大都是表面活性物質,比水的表面張力係數小得多。例如,在鋼液結晶時,加入少量的硼,就是為了促使液態金屬加快結晶的速度

與毛細現象

毛細現象中液體上升、下降高度。h的正負表示上升或下降。
浸潤液體上升,接觸角為銳角;不浸潤液體下降,接觸角為鈍角。
上升高度h=2*表面張力係數*cos接觸角/(液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r)。

係數測量

使用環、片、張力表或毛細現象可以測量表面張力。
人們也可以對懸著的液滴進行光學分析和測量來確定液體的表面張力係數。
下面列舉了一些測量方法:
1.毛細管上升法:簡單,將毛細管插入液體中即可測量,雖然精確度可能不高。
2.掛環法:這是測量表面張力的經典方法,它甚至可以在很難浸濕的情況下被使用。用一個初始浸在液體的環從液體中拉出一個液體膜(類似肥皂泡),同時測量提高環的高度時所需要施加的力。
3.威廉米平板法:這是一種萬能的測量方法,尤其適用於長時間測量表面張力。測量的量是一塊垂直於液面的平板在浸濕過程中所受的力。
4.鏇轉滴法:用來確定界面張力,尤其適應於張力低的或非常低的範圍內。測量的值是一個處於比較密集的物態狀態下鏇轉的液滴的直徑。
5.懸滴法:適用於界面張力和表面張力的測量。也可以在非常高的壓力和溫度下進行測量。測量液滴的幾何形狀。
6.最大氣泡法:非常適用於測量表面張力隨時間的變化。測量氣泡最高的壓力。
7.滴體積法:非常適用於動態地測量界面張力。測量的值是一定體積的液體分成的液滴數量。

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