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年月北京联合大学学报自然科学版.
第卷第期总期...
激光衍射法测量液体的表面张力及界面张力
刘香莲
陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安
摘要基于低频液体表面波的光衍射原理,提出了一种测量液体表面张力及界面张力的光
学方法。系统地建立了测量理论,并给出了解析关系。实验上观察到高清晰的液体表面波衍射
条纹,讨论了由衍射条纹测量液体特表面张力及界面张力的具体过程,给出了测量结果。本方法
具有实时、非接触的特点。
关键词液体表面波;表面张力;界面张力
中图分类号. 文献标识码文章编号...
白世纪年代激光问世以后,就很快用于表面声波激发器固定在三维可移动支架上,这样可
研究声表面波。对于高频,绝大部分研以改变振源与光入射点间的距离及表面波激发的
究是建立在声波光衍射效应的基础上。根据声光深度,样品池中的液体表面波可以看成为自由边
衍射原理,如果的频率较大,则引起的衍射光界。
角分离较大,所以这类实验大多是针对超声表面波上,入射角为.。液面上入射光斑为一椭圆
进行的“。对于液体,我们曾用衍射的方法形,长短轴分别为和.。长轴与表面
将表面波的频率下延至几百赫兹,并建立了液波传播方向平行。入射光点与观察屏间的距离为
体的表面张力与衍射光强之间的解析关系。对于.。在观察屏上可观察到清晰的衍射图样,并
几十赫兹频率的液体表面波,我们曾经建立了光学将数据直接输入计算机。计算机上可以显示、储
干涉法测量液体表面波及表面特性的方法。存、处理衍射图样。的大小为. ×.
近年来,液体表面特性的研究引起了广泛的重,/ 超过。
视,特别是具有活性媒质液体表面特性的研究在工
农业生产中具有重要的地位。本文基于低频液体
表面波的光衍射原理,提出了一种非接触式测量液
体表面张力及界面张力的光学方法。文中系统地
论述了测量理论,并给出了液体表面张力及界面张
力与衍射图样的解析关系。实验上观察到高清晰
图实验装置
的液体表面波衍射条纹,讨论了由衍射条纹测量表
面张力及界面张力的具体过程,给出了测量结果,
并进行了误差分析。本方法具有实时、非接触的特理论分析
点。虽然实际上液体表面粒子运动较为复杂,但在
实验装置理论处理时,常把这种运动近似为正弦波,因此表
面波波函数可写为
实验装置如图所示。实验中液体样品为具: ∞—
有二甲苯膜的蒸馏水,表面声波激发器在液体表面
这里为纵向坐标, 是沿波传播方向的坐
上产生低频表面声波,声波的振幅在微米量级。液标,是振幅, 是频率,为液体的深
体样品池放在一个可调节位置及温度的金属板上,
收稿日期】——
作者简介刘香莲一,女,山东济宁人,陕西师范大学物理学与信息技术学院在读硕士研究生,主要从事声光
技术方面的研究。
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度,是波矢量,且/以, 是波长。面波对光形成了位相型光栅。
波动过程中,液体上任一点都发生振动,由于
液体表面张力远大于重力和内摩擦力,因而仅考虑
表面张力作用时,当液体的深度为有限值时,液体
表面波的色散关系为¨。。
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圈实验原理图
当蒸馏水上有一层煤油膜时,液体的表面张力