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)行了動態(tài)測量。

圖1為自制2種液體間界面張力的動態(tài)實(shí)時測量裝置圖，該儀器主要包括電腦顯示器、同步信號轉(zhuǎn)換器、自制實(shí)驗(yàn)架臺、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)的表面張力測量儀器相比較，本實(shí)驗(yàn)裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過同步信號轉(zhuǎn)換器將力敏傳感器測量的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在電腦顯示器上實(shí)時直觀顯示，并通過嵌套軟件在計(jì)算機(jī)上實(shí)時記錄電壓值，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)測量誤差.

2)通過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)之間的拉脫過程，在該過程中金屬吊環(huán)始終保持水平狀態(tài)，其平穩(wěn)性好，避免了用手動調(diào)節(jié)金屬吊環(huán)位置變化而引起的測量誤差，提高了實(shí)驗(yàn)精度.通過流速調(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(yàn)條件.

3)可以控制和檢測待測液體的溫度.在測量過程中為了控制待測液體的溫度，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(yàn)結(jié)果的影響.

動態(tài)測量方法

實(shí)驗(yàn)過程：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，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，測量出電壓U隨時間t的變化曲線。圖2為純凈水和硅油的界面張力測量過程中電壓U隨時間t的變化曲線。

圖2電壓U隨時間變化曲線

實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測量所用金屬吊環(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態(tài)實(shí)時測量儀，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態(tài)實(shí)時測量結(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,

故通過該實(shí)驗(yàn)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(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,

故通過該實(shí)驗(yàn)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，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，對比實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果，計(jì)算出其相對偏差為3.09%。