毛管上昇法


簡単な説明
毛管現象を利用した測定方法で,特に純液体に対して精度の良い測定ができる 。
実験装置
ガラス管,ガラス細工用具,遊動顕微鏡または鏡尺,温度計,水銀,測定試料および容器
実験方法
毛管を液中に垂直に立てると表面張力の作用で毛管中を液体が上昇し,液体と管との間の接触角を0とすれば,その上昇する高さは液体の表面張力に比例し密度および毛管の内径に反比例する。そこから表面張力を求める。

次に,毛管現象の理論を解説します。

液面が固体の面と接するところでは液面と固体面とがある角をつくる。図1のように固体と液体の接触面から液体と気体の接触面への角をθとし,これを接触角と言う。θが0度または鋭角のとき液体は固体を濡らすといい,θが鈍角のとき濡らさないと言う。

(1)圧力の計算から

毛細管の液面のすぐ上の点の圧力(大気圧)を,すぐ下の点の圧力をとすれば,液面の曲率半径をとして

外の液面と同一の高さにある点での圧力は大気圧に等しい。液の密度をρとすればとの圧力差は

 

管の半径をとすれば 

(2)力のつりあいから

外の液面より上にある部分に働く外力をあげると,上端と下端で単位面積につき圧力p(これは打ち消しあう),上端の縁で管の壁から考えている部分に,単位長さにつきγの力,重力ρghπrである。側面でも圧力が管の壁から働くが打ち消しあっている。鉛直方向のつりあいの条件は 

水銀とガラスのときのようにθが鈍角の場合も同様で,この時は管の中の液面が外の液面より低くなければつりあわない。その時も(ア)の式が成り立ちcosθ<0となるからh<0となり,液面が押し下げられていることも(ア)によって表わされる。

以上二通りの考え方であっても,(ア)は液体の表面張力を求めるのに必要となる式といえ,h,r,ρ,θからγを求めることができるのです。

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参考文献

  • 原島鮮 著:改稿 物理学(上),学術図書出版
  • 物理学大辞典編集委員会(委員長 牧二郎)編:物理学大辞典,丸善株式会社
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