NaCl溶液液体表面张力系数与浓度的关系

1、大学物理创新性设计型实验食品质量与安全1班 1138113 沈梦佳氯化钠溶液液体表面张力系数与浓度的关系小组成员：张理、沈梦佳、谢雨岑、陈英才摘要：钢针、硬币等物能飘在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩 成小球形状。这些现象表明，液体表面好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势， 从而导致表面张力现象。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观作用，液体 的许多现象与表面张力有关。因此，研究液体表面张力系数与浓度的关系可为各 行业有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。引言：当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间 的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，形成薄膜附着在固体上，

2、这种现象叫做浸 润。若固体分子和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在 固体表面扩展，不附着在固体表面，这种现象称为不浸润。浸润与不浸润取决于 液体、固体的性质。浸润性质与液体中朵质的含量、温度以及固体表面清洁程度 密切相关。表面张力是描述物体浸润性质的重要物理量。表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液 面、并使液体具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是山于液体表面层 内分子作用的结果。可以用液体表面张力系数来定量的描述液体表面张力的大 小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作 用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的

3、大小正比于L,即f=aL,式中a表示 作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m.液体表面张力的大小与液体成分有关。温度对液体表面张力影响极大，表面 张力随温度升高而减小，两者通常相当准确地成直线关系。所以在研究液体表面 张力系数与浓度的关系时，必须要控制环境温度不变。将表面洁净的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中，使液面下降，当 吊环底面与液面平行或略高时，山于液体表面张力的作用，吊环的内、外壁会带 起液膜。在吊环临界脱离液体时，吊环重力mg、向上拉力F与液体表面张力f （忽略 带起的液膜的重量）满足f=F-mg而对于金属吊环,考虑一级近似，可认为表面张力系数乘上脱

4、离表面的周长,F=a n （D1+D2）式中，DI为吊环外径，D2为吊环内径，Q为液体表面张力系数。此时，实验中需要测出F-mg及D1和D2。本实验利用硅压阻力式力敬传感器测力, 硅压阻力式力敬传感器山弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片山四个 硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界电压作用于金属梁时，在压力作用下， 电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比，即 AU=KF式中，F为外力大小，K为硅压阻力式力敏传感器的灵敏度，AU为传感器输出 电压的大小。实验时首先对硅压阻力式力敬传感器进行定标，然后求得传感器灵敬度 KV/N,再测出吊环在即将拉脱液面时（F=mg+

5、f）电压表读数U1,拉脱后（F=mg） 数字电压表的读数U2,式得a =U1-U/Kn D1+D2实验仪器（1）硅压阻力敬传感器装置一套（2）50ml烧杯2个（3）玻璃棒（4）游标卡尺（5）电子天平实验步骤1力敬传感器的定标每个力敬传感器的灵敬度都有所不同，在实验前应先将其定标，定标步骤如下:（1）打开仪器的电源开关，将仪器预热；（2）在传感器梁端头小钩上挂上祛码盘，调节表面张力系数测定仪上的调零 旋钮，使数字电压表显示为零；（3）在舷码盘上依次放置质量为的舷码，并记录在这些舷码力F的作用下， 数字电压表的读数U;（4）用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度K。2. 环的测量与清洁（1）用游

6、标卡尺测量金属圆环的内径Di、外径D2；（2）环的表面状况与测量结果有很大关系，实验前应将金属环状片在NaOH 溶液中浸泡2030min,然后用水洗净。3. 测不同浓度NaCl溶液的表面张力系数（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上。调节升降台，将蒸镭水升至靠近 环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，将金属环状吊片取下后， 调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。（注意：吊环中心、玻璃皿中心最 好与转轴重合）（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待 测液体。然后反向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成 以环形液膜，继续下降液面，测出环形液

7、膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 5和液膜拉断后数字电压表读数值U2；（3）将实验数据代入公式，求出液体的表面张力系数；（4）将蒸懈水换成不同浓度的NaCl溶液,重复上面的步骤，测出相应溶液的 表面张力系数。数据记录与讨论温度T=20C力敏传感器定标物体质量 g/mg输出电压U/mV使用最小二乘法:n&m (103kg)m2 (106kg2)V (103V)m*V(10-6kg* V)1213445164697总计1435*W6=14*10-3A+35*106B (2)联立(1) (2) 解得 A=*104 B= 灵敬度K=数据记录表Di=D2=浓度(g/ml)第一次测量第二次测量第三次测量

8、)AU 平均 值 (m V)面力数J伽 表张系 )U1 (mV)U2 (mV)u(mV)U1 (mV)U2 (mV)AU (mV)U1( mV)?U2 (mV)u(mV)05%?10%15%20%25% 30%根据式a =(U1-U2)/K* n (Dl+D2)lt算出表面张力系数填入上表。 通过描点画图得如下曲线：结论：NaCl溶液液体表面张力系数与浓度呈线性关系讨论及设想本实验探究了 NaCl溶液液体表面张力系数与浓度之间的关系，得出的结论 是成线性关系。我们有如下设想：一、通过用其他溶液进行实验，检验这种线性 关系是普遍适用还是只有NaCl才存在这种线性关系；二、实验要求对温度进行 控制

9、，因此可以进行实验检验温度对液体表面张力的影响。三、我们实验刚开始 因对水的使用不严格，导致数据差距很大，后统一使用蒸憾水而改善了这种状况, 由此可以设想水中的杂质是否对液体表面张力系数有影响。实验感想我们小组一开始从实验的选左就有很大分歧，其中又尝试了一个实验，却因此实验耗时 长、数据不稳圧而放弃。选择研究液体表而张力系数一开始的目的是想要测市场上各类牛奶 的液体表而张力系数，想以此来区分牛奶的品质。但经过大量的资料查询，发现液体表面张 力系数受很多因素的影响，而牛奶中成分较多不好测屋。后来一致同意研究不同浓度的氯化 钠溶液的表面张力系数，也得到了老师的肯定。因本实验需要严格控制氯化钠的浓度

10、，而物理实验室没有相应的设备，因此在经得老师 的同意后，我们小组借了一套硅压阻力敬传感器装置到化学实验室进行实验。虽然 一切准备就绪，但没有了老师的指导，我们还是对此迷茫了，对这个从没看到过 的实验仪器，实在不知如何下手。后来只好边研究书本上对仪器的介绍，边摸索 着尝试其使用。在终于弄懂该如何使用该仪器后，我们乂对浓度梯度的设定表示 了疑惑，最后决定先定下0、10%、20%、30%等值，若是数据没有规律我们再分 出更小的浓度梯度进行实验比较。直到此时，实验才算真正的能进行下去。于是，我们马上行动起来，称量的赶紧去借电子天平称量，清洗仪器的马上 动手，然后配置浓度不同的氯化钠溶液，根据实验步骤一

11、步一步一丝不苟地执行 下去。本来已经松一口气的我们，却发现需要记录的数据变化实在太快，稍微一 眨眼就错失了最好的时机，没办法，我们只能一人控制仪器，其他三人都盯着输 出电压的变化。如果三人看到数据不统一，只好再一次的重复实验。就这样，我 们对每个浓度就重复了四到六次实验，决定舍去误差最大的数据后去平均值进行 计算。但山于那天时间已经很晚，我们决定先回去处理数据，若没有发现规律再 抽时间来重新实验。但，庆幸的是，我们的努力没有白费，我们不仅发现了规律, 计算出的液体表面张力系数误差也不大。到此，实验最麻烦的部分已经完成，就差收尾工作了。我们四个不禁欢呼一 声。创新实验看着简单，实则所需精力心血不经历的人是无法想