表面張力原理及測定方法

液體表面一般表現(xiàn)出收縮基表面積的傾向，如呈橢球形的雨滴（重力場影響）、毛細管口的水滴、夏天早晨草上的露珠、玻璃板上的汞球，這是因為在等質量（即等體積）的液體所呈現(xiàn)的各種形狀中，以球體的表面積zui小。

觀測表面張力zui典型的實驗是皂膜實驗。如ABCD為一金屬框架，CD為可動邊，邊長為L。若剛從皂液中提起這個金屬框，可觀察到CD邊會自動收縮。要維持CD邊不動，則須施加一適當外力f?？蒀D邊受到一個與力f大小相等、方向相反的力的作用。           f=r×2L         

式中，“2"是因為液膜有厚度，有兩個面；r為比例系數(shù)，稱為表面張力系數(shù)，簡稱表面張力。

表面張力是指在液面上（對彎曲液面是在液面的切面上）垂直作用于單位長度上的是表面積收縮的力，單位為N·m^-1（牛頓·米^-1）或mN·m^-1（毫牛頓·米^-1）。

力有三要素：作用點、方向、大小。對表面張力，作用點是在表面上，若為彎曲面，則在切面上；使表面積收縮體現(xiàn)了方向；大小是單位長度上的力。但要注意，對表面張力，作用點應是作用線，它是作用在單位長度上的力，實際上是二維空間的壓力的概念。

關于表面張力的方向，燒杯中的水，在其表面上任一位置取單位長度，或取一個圓。由圖可見，平液面單位長度的兩個方向都有表面張力，大小相等，方向相反，互相抵消；在平液面上任取一圓，其周圈上的切線取單位長度，各個方向都有，且大小相等，合力也為零。管口上的液滴，重力G的作用使液滴表面積增加，而表面張力從相反方向使液滴表面積收縮，這是彎曲液面，該表面張力的方向在管口周圍的各個方向切面上。

表面張力測定方法：

威廉米吊片法

威廉米（Wilhelmy）吊片法比較簡單，不需要校正，該方法是將一薄片鉑或云母或毛玻璃片懸掛在天平的一個臂上，使吊片恰好與被測液面接觸，測定吊片與液面脫離所需之力F。設吊片寬x，厚y，重w，若液體*潤濕吊片，接觸角θ=0⁰，于是         F=2（x+y）Υ+w

Υ= 

 Du Noǖy吊環(huán)法

吊環(huán)法（Du Noǖy）是用天平的一臂或扭力絲設備（Du Noǖy表面張力計）將一鉑制的圓環(huán)平置在液面上，然后測定使環(huán)脫離表面所需的力F，F(xiàn)=W_總-W_環(huán)，W_環(huán)為環(huán)的重量。F與表面張力的關系為

Υ=×f         

式中，R是環(huán)的半徑；f是校正因子。為了保證接觸角為零，或接觸角固定不變，應當把鉑環(huán)置于強酸中認真地清洗或經(jīng)過灼燒才能使用。開始測試時，要讓平躺在靜止的液面上。如果是界面張力，則下層液體應該對環(huán)有更好的潤濕性。

校正因子f考慮了環(huán)在拉脫位置上所受到的非垂直方向的表面張力以及與接觸液體的復雜形狀的影響。大量實驗表明，校正因子F是和的函數(shù)，其中V是圓環(huán)拉起的液體的體積，r是鉑絲的半徑。F值可由圖1-15查到，需要更的值，可查有關專著。