利用毛细上升法测定水的表面张力

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引言

毛细现象是一种综合作用，它利用毛细上升法帮助确定水的表面张力。在这种方法中，粘附力和内聚力导致液体或水在细直径的管中上升。内聚力也在同一时间内发挥作用，通过将弯月面向上拉至底部以对抗重力来减少水分子之间的距离。在本教程中，我们将学习如何利用毛细上升法获得表面张力知识。毛细上升法的用途在于通过应用公式来理解液体的表面张力。此方法还使用测量显微镜进行测量。

毛细上升法

毛细上升法中使用的净力的吸引力导致水的表面与排斥力的内壁收缩。该点到表面区域的收缩可以使其体积的面积最小。力的吸引力可以使用不同的公式（Thefactfactor，2022）。例如，当外部能量微不足道时，水的球形滑移是一个值得了解的景象。

图1：毛细管中的弯月面法

毛细作用可以表示为水通过细管、圆柱体或吸水物质的上升，这是由于粘附力和内聚力导致容器表面与水之间相互作用的结果。当水本身的分子间粘附力远小于物质的表面时，就会出现毛细现象。此外，作为结果，容器的直径和重力将决定上升水的数量（Sciencedirect，2022）。在这种方法中，当表面的强度被管中水的重力抵消时，就会达到平衡。

毛细作用中的力

以下是确定水作为毛细作用处理过程中的主要力：

内聚力

特定物质的分子间键合吸引相互作用力来控制一定量的水的形状。

表面张力

表面张力可以使用单位牛顿/米进行估算。

粘附力

不同分子之间发生的张力被称为粘附力。

理论

用于估算表面张力的公式如下：T = r(r + h/3)pg / 2cosθ

步骤

想要使用毛细管法实验测定水表面张力的学生需要准备一些仪器。第一步，需要将可调节支架放在桌子上，并使用螺丝进行调平，使底座处于水平状态。准备新鲜的水是一个必要的步骤。总共需要三个不同半径的毛细管（Vachaparambil & Einarsrud，2019）。垂直对齐毛细管以调整高度至关重要。

图2：毛细管的放置

步骤从将提供的管固定在彼此平行的玻璃板上开始。在下一步中，学生应尽可能紧密地固定管子的下端浸入水中。针头需要固定在距离毛细管1厘米的地方（Corrosionpedia，2022）。管子的形成是垂直的，浸入水中。在下一步中，学生需要将注意力集中在烧杯附近的夹具支架上。显微镜获得的螺丝和凸透镜的使用有助于额外的十字丝。

此外，在下一步中，学生需要将显微镜的螺丝水平旋转，以考虑放置在旁边的毛细管的视角，并再次重复相同的步骤，以获得水的表面张力值的正确位置。通过降低显微镜的尖端，学生可以将焦点放在两条交叉线上，这将通过刻度“R”获得垂直读数（Kim *et al。* 2018）。通过上述步骤，学生可以使用毛细管对水的表面张力值进行适当的测量。

观察结果

序号	带十字丝位置的显微镜读数				内径			内半径
	‘A’	‘B’	‘C’	‘D’	垂直 (AB)	水平 (CD)	平均值 (AB+CD)/2	d/2 r
‘1’
‘2’
‘3’

表1：毛细管的内径

结论

在本教程中，研究人员已经利用毛细管法获得了表面张力值。组件的突出功能可以通过应用毛细上升法来提高精度。学生需要指导才能使用实验所需的仪器。此外，需要使用新鲜清洁的水才能更准确地进行测量。毛细作用的应用在所有形式的基本特性中都很明显。

常见问题 (FAQs)

Q1. 水的表面张力是多少？

A1. 水的表面张力在20°C时为$\mathrm{7.275\: \times\: 10^{–2}\: N-m^{–1}}$。这很容易通过将显微镜水平放置来进行测量。

Q2. 毛细作用的可能应用是什么？

A2. 毛细作用的一个可能的用途是作为可再生能源的参考。通过允许水通过毛细管上升，并在其到达庇护所时蒸发。

Q3. 什么是毛细上升法？

A3. 这种方法最方便、最简单，它基于使用充满液体的干净毛细管来获取结果。此方法用于计算表面张力。