毛細管上昇法で液体の表面張力を測定する手順
毛細管上昇法とは
毛細管上昇法は、液体が毛細管内を上昇する高さを測定し、そこから表面張力を求める実験手法です。液体が毛細管内で上がる高さは、液体の密度、重力加速度、毛細管の半径、接触角に依存します。
表面張力の計算式
$$\gamma = \frac{\rho g h r}{2\cos\theta}$$
ここで、
- \(\gamma\)：表面張力（N/m）
- \(\rho\)：液体の密度（kg/m³）
- \(g\)：重力加速度（m/s²）
- \(h\)：毛細管内の液面上昇高さ（m）
- \(r\)：毛細管の内半径（m）
- \(\theta\)：液体と毛細管壁の接触角（度）
測定手順
- 半径が既知の清浄な毛細管を垂直に液体に入れる。
- 液体が毛細管内で上昇し、一定の高さで止まるのを観察する。
- 定規やマイクロスケールなどで上昇高さ h を測定する。
- 密度 ρ はピクノメータや密度計で測定する。
- 接触角 θ は接触角計（ゴニオメータ）で測定する。
上記で得られた γ, ρ, h, r, θ の値を計算式に代入すれば、液体の表面張力が求められます。