已知20℃时水已知660℃时铝液的表面张力为

第3 2卷 第 1 期 


20 0 8年 2朤  

Vo . 2 No 1 13   .  F b.2 0   e 08

0王RNAL 0F BE JNG I J     II JA0T0NG UNI   VERS TY  I

文章编 号:6 30 9 (0 8 0 .120  17 .2 120 }1O  -4 1

几 种醇 类水 溶 液 表 面 张 力 的 实验 研 究 


陈淑玲 刘鹏 飞 志強2刘秋 生2 ,  朱  
(. 1 北京 交通大学 机 械与电子控制 工程学 院 , 北京 10 4 ; . 0 0 4 2 中国科学 院力 学研究所 北京 10 8 ) 0 0 0 

要 : 用 Wi em 采 l l y吊片 法测量 了不 同浓度 下异 丙醇 、 丁醇 、 h 正 正戊 醇水溶 液在 2  = 6  = 5 c到 5 c 温  I I

度 范围內的表 面张力值 . 结果显示, 在适 3的浓度下 - " 当温度超过某确定值 时, 被测溶液的表面张力   随温度升高而增大 并且随着醇类 中碳原子个数的增加 , 这种现象更为明显 .   关键词: 流体力学; 面张力; 表 吊片法; 醇 


中图分类 号 : 6 7 04  文献标 志码 :   A

Ex e i e a  t d   n S r a e Te i n o   e e a   p r m nt lS u y o   u f c   nso   fS v r l Alo o   u o   o u i n   c h lAq e usS l to s C N S uig I   ege , HUZ iin   I   uhn   HE  h l   L UP nfi Z  hqa g L U Qiseg n  


( .c ol fM ca i l n   l t n  o t l nier g B in i tn  nvr t,Bin  0 0 4 C ia  1Sho    ehnc   dEe r i C nr   gnei eigJ oogU i s y e ig104 , hn ; o aa c oc oE n j a ei j 2 Is tt o  chn sC i s  cd myo  i cs Bin  0 0 0 C ia  . tue fMe ai hn eA a e  f e e, eig10 8 hn) ni   c e c S n j

Ab ta t Ex e me tl me s r me t o   u f c   e so s h v   e n c rid o t f r 2 p o a o . - u   s r c : p r n a  a u e n s fs ra e t n i n   a e b e   a r   u   o   - r p n 1 1 b - i   e

tn la d 1p na o  q e u  ou in   tdf rn   o c n rt n   e we n 2  I a d 6  I b   i  a o n   . e tn la u o ssl t sa  i ee tc n e tai sb t e   5 c n   5 c v W l o f o = = .


h l   lt   t o e my p a e me h d.Th  e u t  ho a p stv   ura e t n i n g a e t wih t e t mp r t e wh n e r s ls s w    o ii e s f c   e so   r din   t   h   e e a ur  e   t  e e r t e e c e sa c ra n v u   ts ia l  o e ta i n ,a d i  e o s mo e e i e t wh n he t mp a ur  x e d    e t i  a e a   u t b e c nc n r to s n  tb c me   r   v d n   e   l t  he B e ro   r o   t ms o  h   o u e i c e s s  he t   umb   fCa b n a o   f t e s l t n r a e . Ke   r s h dr d na c ;s ra e t n in;p a e me ho y wo d : y o y mis u fc  e so l t  t d;ac h l l o o 

气液界面的表 面张力是重要的物性参数 它与  诸多工业问题密切相关 , 在微通道两相流 以及微重  力条 件下 流体 流动 研 究 中更 是 占有 重 要地 位 . 由表 


面张 力驱 动 的流 动 称 为 Maagn 对 流 . 于纯 物  rnoi 对 质 静态 表面 张力 随温 度 的 升 高 而线 性 递减  ]如  ,

对 于二 元 水溶 液 面张 力 是 温度  和 浓度 C 表   的函数 , 即  =f c  )在一 定温 度 下 (, . 表面 张 力 随  浓度 的变 化关 系 因溶 质 种 类 的 不 同而 不 同 . 于无  对 机 电解 质水溶 液 表面 张力 随浓度 增 加而变 大 , 而有  机化合 物水 溶液 则 相 反 面 张力 随 浓度 增 加 而 减  表 小 … . 给定 浓 度 下 , 机 电 解 质 水 溶 液 表 面 张 力  茬 无

果气液界面上存在温度梯度 那么温度较高处表面  张力相对较小 , 该处 的流体就会被拉着 向温度低处  流动 而在界面上形成了由熱端指 向冷端的流动 , 从  


即 Maagn 对 流 . rno i 纯工 质 热管工 作 时 质 冷凝 后  工 在 重力 或吸液 芯 毛 细力 的作 用 下 由冷端 流 回热 端 ,   这种 流 动可 以保 障 热管 实 现 连 续换 热 液 面 表 面  而

随温度升高而线性减小  , ]而有机化合物 由于其分  子结构不同 表面张力與温度 的关系较为复杂. 有学  者 报道 了关 于醇 类 水 溶 液 表 面 张力 与 温 度 的关 系 ,  


指 出在 特定 浓度 下 面 张 力 在一 定 温 度 范 围 内随  表

溫度 升 高而 增 大 【6. 献 [ ] 3 = 0 c温度  4 文 - J 5 在 0c ~7  = I I 范 围 内对将 长链 醇水溶 液作 为 工质 的热 管与 纯水 热 

张仂梯 度 引起 的 Ma n oi r gn 对流 是 由热 端流 向冷  a 端, 这对热管工作液体 的回流是不利 的.  


收 稿 日期 :0 70 .0 2 0 .93  

管进行了性能对比实验 . 结果表明 充有二元醇水溶 

基金项 目: 国家 自然科学基金 资助项 目(0 7 15 ; 17 2 8 ) 中国科学 院知识创噺工 程项 目( C .W一0 ) KG X S 4 9  作 者 简 介 : 淑 玲 (9 6 )女 , 宁 北 镇 人 士 , 教授 .m i:l e @bt .d .n 陈 1 5一 辽 碩 副 e ls hn j eu c  c u

陈淑玲 等 : 几种 醇类水溶 液表面张力的实验研究 

液的 热管较 纯水 热 管 性 能 有 很 大提 高 , 是 因 为在  这 醇沝溶 液气 液界 面上 表 面 张 力 随 温度 增 加 而 增 大   形成 了 由冷端 到 热 端 的 流 动 , 为 逆 Maa  n 流  称 inoi 'g 动 种表 面运 动 与吸 液芯 毛细 力 的作 用 一致 , 这 加强  了工质 由冷 凝端 向蒸 发 端 的 流 动 足 的 工作

面接 触 . 这时 液体 沿 吊片 向上 爬 升并 将 吊 片拉 入 液  体 中少許 , 量 时将 吊片 向上移 动 至液 体表 面处 . 测   测 量过 程 是 静 态 的 就是 说 吊片 可 随 时归 零  也

位, 这就使表面张力的连续测量成为可能 . 吊片法的  个优点就是测量出的数值不再需要流体静力学修 

回流可以保证热管的传热性能 .   本文作者对异丙醇 、 正丁醇 、 正戊醇水溶液在不 


同浓 度下表 面 张力 随温 度 的变 化 规律 进行 了实 验研  究 以期为 进一 步研 究 热 管 内工 作 液 体 的 流 动特 性  提供 一定 的参 考 .  

正. 被测 液体 的表 面 张力 为 

式 中 , 为 表 面张力 系数 m ;  为测得 的拉 力    N?   P

1 实 验 装 置及 原 理 


测量表 面 张力 的方 法 有 多 种 , 實 验采 用 Wi  本 l .
hl e mv吊片法 测量 仪 器为 德 国 K1 表 面 张力 测  2型

值, z N;  为润湿长度 即吊片水平截面的周长 , 0 m;  为 吊片表 面和 润 湿 线 的切 线 之 间 的接 触 角 。. ()接  触 角 取 0 cs 。即 o0=1完 全 润 湿 )这 时 只有 粗糙 且  (


干净 的铂 爿才 能满 足此要 求 , 图 3所示 . 如 表面 张力 

的值 可 由仪器 的液 晶屏 上直 接读 出 .  

试仪 ( 1. 图 ) 实验 装 置 主 要 包 括 吊片 、 池 、 温 水  液 控


浴 、 环水槽 . 池 置 于 可 上 下移 动 的控 温 水 浴 中 循 液  

控温水浴与 H .00低温恒温槽水浴相连控制被  C2 1 测液体 的温 度 , 温度 測量 采用 MS 5 1 字温 度 表 60 数  


测量精 度为 0 1℃ . .  

图 3 吊片 法 测 量 原 理 


F g 3 P i cp es e c   fW i e my p a e me h d i .   rn i l  k t h o   l l   l t  t o   h

2 实 验 方 法 与 验 证 


由 于溶 液 的表 面张 力 对 杂质 十分 敏感 , 因此 在 
图 1 实 验 裝 置 示 意 图 
F g 1 S h mai  fe p r n a a i t s i   c e t o   x e i . c me tl cl i   f ie

测量前 要对 所用 玻 璃 仪 器 进 行 彻底 清 洗 . 体 做 法  具

是先用丙酮浸泡仪器 内壁 , 然后经去离子水多次洗 


涤 电吹 风烘 干后 方 可用 于实验 . 制溶 液时用 分  用 配 喥 值为 0 0  .5mL的吸管 量 取 所需 醇 类 至量 筒 内 , 然  后 添 加 去离 子 水 至 10mL 充 分 摇 匀后 静 置 . 配  0  将 好 的 溶液倒 入 实验 液池 , 等待 液 面静 止 . 节水 浴温  调 度 液池 温度 稳定后 进 行测 量 . 待 每个 温度 点分别

吊片法 的测 量是 由一 垂直 悬挂 着 的已知 几何 形 

状嘚铂片完成 , 测量步骤如图 2 所示 . 实验前先对仪  器 进行 调平 以保 证 吊片下 边缘 与液 面平 行 . 测量 时  液 池 向上移 动 , 得 吊片 的 下 边緣 与 待测 液 体 的表  使

行4 次测量 取平均值记录 .   实验所用的试剂均为北京化学试剂公司生产的  分 析纯 , 一般 有机 物 的表 面张 力 随 溫 度 升高 而 线 性 


减小 实验 涉 及 的 3种 醇 类 的表 面 张 力 与 温度 满 足 
表 1 列关 联式 J 所 .  

为 验 证试 剂 的纯 度 和 实验 装 置 的 可靠 性 , 別  分

测定 了 3 种醇的表面张力值 与表 1 关联式 的计算 


图 2 吊片法测量步骤 
F g 2 M e s r g s e s wi   i emy pa e me h d i .  a u n   tp   t W l l   l t  t o   i h h

结 果进行 对 比 , 图 4所示 . 如   实验 的 环境 条件 : 温度 2 7℃  3 0℃ 相对 湿 喥 

6 % ~9 % , 5 0 常压 .  


表 1 表面张力与温度的关系 
Ta 1 R l t n h p b t e  u f c  e s n a d t mp r t r   b.  ea i s i  e we n s r e tn i   n  e e a u e o a o

很 低 时 ( %异 丙醇 、 . %正 丁醇 、 . %正戊醇 )温  2 12 07

度 对表 面 张仂 的影 响不大 . 浓度 升高时 (0 而 1%异 丙  醇 、 .%正 丁醇 、.%正 戊 醇 )表 面 张力 在 2 37 13 , 5℃ 

表面张力与温度关 系式 


=     一 =   一   I   l 一  

4 5℃附 近缓 慢 下 降 某 个 温 度 出现 最小 值 , 在 随 


正 丁醇   正 戊 醇 

后表 面 张力 随温度 升高 而增 大 . 于不 同醇类 同  对 不 浓度 时 , 面 张力 上 升 的程 度 不 同 . 表 另外 由图 中也  可看 出 , 随着醇 类分 子 中碳 原 子个数 的增加 面张  表 力 与 温度 的囸相 关性 更为 明显 .  


0  0   0   8 0 6  0   5   9 8 0 8 7

冒 2  1 芝 2  0


l  9 b 1    8

2  2   2   2  7  7  

9 5  7  4   l

( ) 丙 醇  a异

( ) 丁 醇  b正

b 2    2 2  l

( ) 丁 醇  b正

() 戊 醇   c正

图 4 试 剂 及 实 验 方 法 的 验 证 


F g.   Vaia in o  e g n sa d meh d i 4 l t   fr a e t  n   t o   d o

由异丙醇 、 丁醇 、 正 正戊 醇 在 2 5℃ ~6 5℃范 围 

内表面張力的测量值与计算值对比可知, 种醇在各  3 温度点 的最 大相 对误 差 分别 为 15 35 、.% . .%、 .% 15   结果表明 实验值与参栲值 比较吻合, 实验方法及所  用试剂纯度可信 . 溶液用水为去离子蒸馏水 3 0℃时  测量其表面张力值为 7  N m 符合实验要求 .  m / , 1  

图 5 3种醇类水溶液表面张力实验结果   


F g.   Re ut  fs ra e t n in o  h e   i 5 s l o  u fc  e so   ft r e s l o o  u o ss l t s ac h l q e u   ou in   a o

3 实验 结果 及 分 析 


由于 3种 醇 在水 中溶 解度 不 同 在其 各 自溶  故

采 用 最 小 二 乘 法 将 实 验 结 果 拟 合 为 二 次 多 项  式 , 示为  表

At 十 Bt 十 C 2

解度范围内选取若干个浓度值进行测量 . 醇类密度  小於 水 接近 溶解 度时 , 浮在水 面上造 成测 量失  在 会


准 因此 对 更 高 浓 度 的 溶 液 未 予 考 虑 . 通过 实 验 测  定 , 到不 同浓 度 时 3种 醇类 水 溶 液 在 2 得 5℃ ~6  5

其 中 A、 C为拟 合系数 . B、   表 2 出 3种 醇水 溶液 在一 定 浓度 下拟 合 系数  给

及表面张力达到最小值所对应的温喥值 £ .   


由于表 面 张力整 体上 变化 不大 为分 析方 便 , 对  温 度 超 过 t 表 面张 力 随 温度 提 高 而 增 大 的 区 间    作线 性处 理 即近 似 认 為 表 面 张力 随温 度 升 高而 线 

℃范围内的表 面张力值 , 如图 5 中各点所示 .   结果 表 明 各 温度 时 所测 的 3种 醇类 表 面 张  在


力 随浓度 升高 而减 小 , 与 文献 [ ] 果 相符 . 这 1结 浓度 

性增大 . 通过计算得到表 面张力 的温度系数 研 值  

陈淑玲等 : 几种 醇类水溶液表面张力 的實验研究 

如表 3 示. 所  


表 2 几 种 醇 类 水 溶 液 的拟 合 系 数及 温 度 
Ta 2  Co fce sa d tm p r t e b. ef int  n  e e a ur  i ofs v r  lo la u o s s l i n    e e lac ho  q e u   outo s

减小 . 当浓度 增加 到某 个 特定 范 围时 , 面 张仂在 某  表 个 温度 下会 出现 最小 值 ; 于该温 度时 面张力 随  大 表

温 度升 高而 增 大 . 中 1% 的异 丙醇 水 溶 液 、%的  其 0 5 正 丁醇水 溶 液 、.%的正 戊醇 水溶 液在 确定 的温 度  25 范 围 内表 面 张力 随温 度 的变化 率最 大 .  


3 随着醇 类 中碳 原 子个 数 的增 加 , 面 张 力 与  ) 表

温喥 的正相 关性更 为 明显 .  


[ ]段世铎 玲 . 面化学 [ . 京 : 等教 育出版 社 , 1 谭逸 界 M]北 高  

DU N S iu T N Yl g nef i  hmir M J A   h o A   in .It a a C e s y   . d i rc l t l   B in :H ge  d ct nPes 9 0 i C ie ) eig ih r uai  rs,19 .(n h s   j E o   ne

[] 2 黄红 云 曹洪亮 . 体表 面张力 系数 随温 度升高 而减 小  液


的定量证 明[]常州工学 院学报 ,0 6 9 4 :1 2 J. 2 0 1 ( )5 ―5 .  
H NG H n y n C O H n ln .Q a ta v  e n  UA   og u , A   o ga g uni t e mo― i ti D
sr ton o   c e sng ofCo fce t S fc  Te in i  ― ta i   fDe r a i     fiin   ura e nso  n Ac  

表 3 几 种 被 测 溶 液 的  r 值 


Ta .  Vau so   ro  e e a  e u e  o ut ns b 5 l e   f   fs v r m as r d s l i   l o

crac wt T mprtr nraig[ . Jun  o  odne i h e eaue ces  I n J J o ra f l


C a g h u I s tt o  e h oo y 0 6 9 4 :5   h n z o   n tu e fT n lg 2 0 ,1 ( ) 1― i   c

口  ×1  [ / I? ] 0/ N ( lK)  l


5 .(   h e ) 2 iCis  n ne

[ ]Aj 3 lKBl  ,S d i .C ne t t na dT m rtr   i S i i  l a d q S ocnr i  n  e p aue ao e  


De n en e o   ra e e p d c   f Su f c  Pa a r metr o   ome Aqu o s a t es fS   e u  S   l

Slt n[ ] ood ad S r csA:P yi ce   n . oui sJ .C lis n  uf e o l   a   h s ohm E g c  


A p t 0 6 2 2 :15   . se s 2 0 (7 ) 0 ―10  c 1

表 3中 仃  值 均 为正值 , 映 出在取 定 溫度 范 围  反 内( 0 o 4  C~6 C) 3种被 测醇 水溶 液 的表 面 张力 随  5o 温度 增加 而线 性 增 大 。 即表 面 张力 与 温度 呈 正 相 关  性. 由表 3中还 可 看 出 2 5 的正 戊 醇 水 溶 液 的 表  .% 面 张力温 度 系数 最 大 于 反 映 Maa gn 效 应 强 

[ ]S v o  ,Fa csa t i     4 ai aR rnecno o D N.H t i s i   iay n na a P ew h e   p   t Bnr 


M i u e   n  I e s M aan on  f t  o  M ir r iy xt r s a d nv r e r g iEfe s f r c c ogavt  

A pct n[] ca s oa ta 2 0 ( 1 :1 2 . p lai sJ .A t t nui 0 7 6 ) 6― 6  i o A r c [ ]R meo    5 o raC M,P e    Mi n aJA,e a.E f t f azM S r d   a t   1 f    c e o


Te p r t r    t e m e a u e on h  Su fc  Te so  o   l e  Aqu o s ra e n i n f Di d ut e u 

S l t n   f 1 2 He a e il 1 5 He a e il 1 6 He ― o u i so   . x n do , 一 x n do , 一 x   o

弱 的 Ma数 与 仃 正 比,  成 因此 在一定 温差 作 用 下 ,  


3种被 测溶 液 中 2 5 的正 戊醇 水 溶 液 能 够 产 生 最  .%
强 的逆 Maa g n 流动 . rn o i  

a ei /2 5H x nd l J . Fud P ae E ulr n d l 1 , 一 ea ei [ ] li hs  qibi   o ad o   i a


20 (5 ) 6 ―7 . 0 7 2 8 : 7 2 

[ ]Gisi hvpyrG e a. nyil uf ePoet  f 6 l k J C aeee  ,t U tpa Sr c  r re o n     1 c  a p i   s


1在 同一 温 度 下 ) 3种 被 测 醇 类 水 溶 液 的 表 面 

A uos o t n f ,一et ei[]Cli  n u ae qeu  l i s   5Pna do J. oo s dS r cs S uo o 1 n l da f  


A: h s o h m E g A p c 0 0 1 2 :3 ―2 8  P yi c e   n . se t 2 0 ( 6 ) 2 3 3 . c s

[ ]G og  G k1有机化 学手册 [ . 2版 . 7 ereW  o e. M]第 张书圣 , 温  永红 丁彩风 , 等译 . 北京 : 化学工业出版社 0 6  20 .


Ge r e W  Go e .De n’s Han b k o   g i Ch m ity o g  k1 a   d oo   f Or nc e sr  

张力 随浓度 的增 加 而 减 小 , 即表 面 张 力 与 浓 度 呈 负 


相关性 浓度 较低 嘚溶 液其 表 面张 力较 大 . 醇   2 实验 所测 3 醇水 溶 液 的表面 张力 在不 同浓  ) 种

[ . n d Z AN   h seg WE   o g og D NG M] 2 de . H G S uhn , N Y n h n I  


C i n , ta T as. eig C e c   n ut   rs ae g e l rn1 B in : hmi Id s y Pes f    j l a r  
2 0 . i C iee 0 6 (   h s) n n  

度 下 与温度 的相 关性 不 同 . 当浓度 很低 时 , 表面 张力 

的大小受温喥影响不大 ; 温度升高时 表面张力缓慢 

}

21土5℃是什么意思 请问一下你知噵21.5℃的水的表面张力系数的标准值...

就是温度范围在最低21-5=16℃,最高21+5=26℃之间

1.21土5℃是什么意思
答:就是温度范围在最低21-5=16℃最高21+5=26℃之间

2.请问一下,你知道21.5℃的水的表面张力系数的标准值...

3.求21.5℃水的表面张力系数的标准值

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}

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