表麵張力測量原理

液體表麵張力有著一種互相吸引的傾向，當液體與水氣麵（氣體）互相接觸時，而兩者之間產生的麵，便是所知道的“界麵”。一個非常貼切的例子是：一滴水自空氣中落下所形成的球形狀態，是因為表麵張力使它表麵最小化而成的體積。

表麵張力產生的原因是液體跟氣體接觸的表麵存在一個薄層，叫做表麵層，表麵層裏的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。如同要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水麵上行走自如。分子在液體表麵揮發出很強的吸引力，互相吸引在鄰近的分子，這種合力在每一單位長度的表麵任何交點成垂直線，便是所述的表麵張力，它是以Dynes/cm為測量單位。

表麵張力測量方法有電導法、表麵張力法、光散射法、染料法等，目前還有許多現代儀器方法測定CMC，如熒光光度法、核磁共振法、導數光譜法等。粉色视频网站以最大氣泡壓力法為例來說明表麵張力的測量原理。

最大氣泡壓力法

最大氣泡壓力法，氣泡在壓力下出自不同直徑的兩支玻璃管口，在液體裏最大壓力差產生的氣泡直接與表麵張力是成正比例的。表麵活性劑內含的活性分子的表麵張力變化便需要用最大氣泡壓力法去測量。氣泡形成時，根據速度的改變所得到的數據，便可作為研究表麵活性劑的活躍分子擴散時間，即是動態表麵張力測量方法。

表麵活性劑的活躍分子，動態是它的特征，表麵張力高，界麵擴展時間便減少，限製了表麵活性劑分子移往界麵，因此便發現液體的測量尺度可以是動態表麵張力或表麵擴散時間。而表麵活性劑亦顯示了它的3個特征，即表麵張力測量的同時可研究表麵活性劑濃度功能，動態表麵張力和界麵擴散時間。

表麵張力計可以從表麵活性劑的動態曲線的任何點做開始間歇或連續測量，而連續測量的功能是基於表麵張力的控製參數。在慢速度的氣泡下，表麵張力擴散時間大約等於氣泡速度，當氣泡速度增加時，表麵擴散時間與氣泡速度即成反比例的減少。如果氣泡速度很快增加，氣泡便會連接一起，形成振蕩射流式（測量動態表麵張力），示波器的相關軟件程序可以準確檢驗（核實）氣泡分離和準確讀出快速氣泡的擴散時間。

表麵張力測量儀器——表麵張力計

表麵張力計是專業用於測量液體表麵張力值的專業測量儀器，包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器。通過單片機控製微泵的氣體進出流量，避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差，提高了測量的精密度，且操作簡單。

張力計結構

表麵張力計組成包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元以及顯示器，如右圖，氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元分別與顯示器相連接，氣泡發生單元與壓力感應單元連接。

氣泡發生單元包括毛細管、微泵和diyi電子驅動控製器，用於向液體表麵輸出氣體產生氣泡；微泵上設有進氣口、出氣口和連接頭，毛細管的一端通過出氣口與微泵連接，diyi驅動控製器與顯示器相連；

壓力感應單元包括壓力傳感器和第二電子驅動控製器，用於檢測氣泡產生的壓力；毛細管、出氣口和壓力傳感器通過三通相互連接，第二電子驅動器與壓力傳感器。顯示器連接；

溫度檢測單元包括溫度檢測器和溫度傳感棒，用於檢測液體的溫度；溫度傳感棒一端與溫度檢測器連接，另一端深入液體內部；溫度檢測器與顯示器連接。

表麵張力計算公式

F=б∫dl

б=△E/△A

其中∫dl為液體表麵邊界環路積分，б為表麵張力係數，E為表麵自由能。

表麵張力一般是實驗測定的，除了做題的時候沒人會算這個，因為要算的話б要測定，l要測定，還不如直接把F測出來完了…

結論

1、在實際測量表麵張力時，可以根據要求的實驗精度、溫度壓力和設備的實現難易程度來選擇。當要求精度比較高時，可以采用毛細管上升法、最大氣泡壓力法、DuNouy吊片法，否則可以選擇Wilhelmy吊環法、懸滴法或旋滴法。當溫度和壓力比較高的時候，可以采用毛細管上升法、滴體積法、旋滴法、懸滴法、最大氣泡壓力法和震蕩射流法進行測定。

2、當同時考察溫度、壓力和氣氛對表麵張力的影響時，懸滴法是最有效的方法之一。隨著CCD攝像技術和計算機圖像采集處理技術的發展，促進了滴外形法的發展，該技術不但可以研究懸滴和躺滴，而且可以測定震蕩泡壓；既可以遙控測定在模擬空間站的微重力環境下的張力和膨脹粘度，又可以模擬地下溫度、壓力，測定油一水界麵張力，可實現全自動測量，測量速度極快，排除人為因素的影響，數據客觀可靠。因此，應用軸稱滴形分析技術的懸滴法必將在表麵及界麵科學研究中發揮巨大的作用。