實(shí)驗(yàn)26 液體表面張力系數(shù)的測(cè)定3

1、實(shí)驗(yàn)26 液體表面張力系數(shù)的測(cè)定 為什么少量水銀在干凈的玻璃板上會(huì)收縮成球冠狀，而水卻會(huì)擴(kuò)展開(kāi)來(lái)?為什么朝霞里青草上會(huì)灑滿晶瑩的露珠?其原因在于液體和固體界面附近分子的相互作用。表面張力是液體表面的重要特性，它類似于固體內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，這種應(yīng)力存在于極薄的表面層內(nèi)，是液體表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果。液體表面層的分子有從液面擠入液內(nèi)的趨勢(shì)，從而使液體有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，整個(gè)液面如同一張拉緊了的彈性薄膜，我們把這種沿著液體表面，使液面收縮的力稱為表面張力。表面張力描述了液體表層附近分子力的宏觀表現(xiàn)，在船舶制造、水利學(xué)、化學(xué)化工、凝聚態(tài)物理中都能找到它的應(yīng)用。比如化工生產(chǎn)中液體的傳輸過(guò)程、藥物制備

2、過(guò)程及生物工程研究領(lǐng)域中關(guān)于動(dòng)、植物體內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)與平衡等問(wèn)題。因此，了解液體表面性質(zhì)和現(xiàn)象，掌握測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法是具有重要實(shí)際意義的。測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法通常有：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測(cè)重法等。本實(shí)驗(yàn)僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測(cè)定法。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1了解液體表面的性質(zhì)。 2學(xué)習(xí)力敏變傳感器的定標(biāo)方法。3掌握用拉脫法測(cè)定純水的表面張力系數(shù)及用逐差法處理數(shù)據(jù)的方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】WBM-1A拉脫法液體表面張力實(shí)驗(yàn)儀, 水槽，砝碼，鑷子，吊環(huán)，砝碼吊盒，游標(biāo)卡尺【實(shí)驗(yàn)原理】表面張力的大小可以用表面張力系數(shù)來(lái)描述。設(shè)想在液面上作一長(zhǎng)為的線段，則張力的作用表現(xiàn)在線段兩邊液面以一定

3、的拉力f相互作用，而且力的方向恒與線段垂直，大小與線段長(zhǎng)成正比，即 （1） 式中稱為表面張力系數(shù)，它等于沿液面作用在分界線單位長(zhǎng)度上的表面張力,其單位為。 如果將一潔凈的圓筒形吊環(huán)浸入液體中，然后緩慢地提起吊環(huán)，圓筒形吊環(huán)將帶起一層液膜。使液面收縮的表面張力沿液面的切線方向，角稱為濕潤(rùn)角（或接觸角）。當(dāng)繼續(xù)提起圓筒形吊環(huán)時(shí)，角逐漸變小而接近為零，這時(shí)所拉出的液膜的里、外兩個(gè)表面的張力均垂直向下，設(shè)拉起液膜破裂時(shí)的拉力為，則有 （2） 式中，為粘附在吊環(huán)上的液體的質(zhì)量，為吊環(huán)質(zhì)量，因表面張力的大小與接觸面周邊界長(zhǎng)度成正比，則有 （3）則表面張力系數(shù)為： （4）由于金屬膜很薄，被拉起的液膜也很薄，

4、很小可以忽略，于是公式簡(jiǎn)化為： （5）表面張力系數(shù)與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，液體的溫度越高，值越小，所含雜質(zhì)越多，值也越小。只要上述這些條件保持一定，值就是一個(gè)常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的核心部分是準(zhǔn)確測(cè)定，即圓筒形吊環(huán)所受到向下的表面張力，我們用WBM-1A型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定這個(gè)力?！緦?shí)驗(yàn)儀器】WBM-1A型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀主要結(jié)構(gòu)是：1、底板；2、升降臺(tái)；3、立桿；4、水盒；5、鎖緊螺絲；6、霍爾法位移式力敏傳感器；7、傳感器接口；8、機(jī)械調(diào)零旋鈕；9、吊鉤；10、吊環(huán)；11、升降旋鈕；12、水平調(diào)節(jié)旋鈕；13、功能切換按鈕；14、工作指示；15、調(diào)零旋鈕

5、（如圖2所示)。 圖2 儀器結(jié)構(gòu)示意圖【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備（1）、開(kāi)機(jī)預(yù)熱15分鐘；（2）、調(diào)節(jié)測(cè)試臺(tái)底部三個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，使水平儀指示在中心位置； （3）、將金屬圓環(huán)用無(wú)水酒精洗凈涼干，此步驟可在預(yù)熱時(shí)完成；2、定標(biāo)力敏傳感器轉(zhuǎn)換系數(shù)K （1）、將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上。調(diào)節(jié)調(diào)零電位器旋鈕，使數(shù)字電壓表顯示在（之間；并記錄初讀數(shù)（該讀數(shù)包括砝碼盤的重量）。 （2）、在砝碼盤中依次加上砝碼（自小到大依次操作），記錄相應(yīng)這些砝碼力F作用下，數(shù)字電壓表的讀數(shù)，并記入表1。（3）、按砝碼盤中的砝碼質(zhì)量依次為的順序再測(cè)量一次，記下相應(yīng)的電壓表讀數(shù)，然后求出兩次測(cè)量的各的平均值。（4）、用逐差

6、法求力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)。3、測(cè)定水的表面張力系數(shù) （1）、將玻璃器皿洗凈，盛水后（不要盛得太多）置于測(cè)試臺(tái)的托盤上； （2）、將金屬圓環(huán)掛在傳感器的掛鉤上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)升降臺(tái)調(diào)節(jié)旋鈕，使水槽上升，當(dāng)環(huán)下沿接近液面時(shí)，仔細(xì)調(diào)節(jié)吊環(huán)的懸掛線，使吊環(huán)水平，然后把吊環(huán)部分浸入液體中，這時(shí)候，停頓片刻，待穩(wěn)定后緩慢地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)升降臺(tái)調(diào)節(jié)旋鈕，這時(shí)液面逐漸往下降（相對(duì)而言即吊環(huán)往上提拉），觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過(guò)程和現(xiàn)象，同時(shí)注意電壓表讀數(shù)變化，當(dāng)?shù)醐h(huán)拉斷液柱的一瞬間數(shù)字電壓表顯示拉力峰值記下此刻讀數(shù)（亦可將儀器面板上的測(cè)量按鈕設(shè)置在峰值測(cè)量處，儀器會(huì)自動(dòng)記錄峰值讀數(shù)）。拉斷后，等待片刻，

7、待吊環(huán)靜止后其讀數(shù)值為，記下這個(gè)數(shù)值。連續(xù)做5次，求平均值。表面張力系數(shù): ( 6 )【數(shù)據(jù)記錄】 1力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)：表1 力敏傳感器的定標(biāo)砝碼質(zhì)量增重讀數(shù)減重讀數(shù)平均值()()0.001000.002000.003000.004000.005000.006000.007000.00平均值2. 用拉脫法求拉力對(duì)應(yīng)的電子秤讀數(shù) 水溫(室溫)_ 測(cè)量次數(shù)拉脫時(shí)最大讀數(shù)吊環(huán)讀數(shù)表面張力對(duì)應(yīng)讀數(shù)12345平均值_3. 吊環(huán)的內(nèi)、外直徑： 游標(biāo)卡尺零點(diǎn)讀數(shù)：_mm測(cè)量次數(shù)12345平均值內(nèi)徑(mm)外徑(mm)【數(shù)據(jù)處理】1、用逐差法求儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù);2、求出內(nèi)外直徑的平均值;3、根據(jù)5次測(cè)量的 計(jì)算；4、誤差處理：計(jì)算表面張力系數(shù)的平均值和不確定度。 5、寫出最后結(jié)果： 6、從課本后的附表中查出室溫下水的表面張力系數(shù)的理論值，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此值比較求相對(duì)不確定度。【注意事項(xiàng)】1、儀器使用前應(yīng)預(yù)熱15分鐘；2、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)清洗容器和吊環(huán)； 3、在旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)時(shí)，盡量使液體的波