试验26液体表面张力系数的测定3

1、实验26液体表面张力系数的测定为什么少量水银在干净的玻璃板上会收缩成球冠状，而水却会扩展开来？为什么朝霞里青草上会洒满晶莹的露珠 ？其原因在于液体和固体界面附近分子的相互作用。表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过

2、程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。【实验目的】. 了解液体表面的性质。.学习力敏变传感器的定标方法。.掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据的方法。【实验仪器】WBM-1A拉脱法液体表面张力实验仪 ,水槽，祛码，镣子，吊环，祛码吊盒，游标卡尺【实验原理】表面张力的大小可以用表面张力系数 ”来描述。设想在液面上作一长为 l的线段，则张 力的作用表现在线段两边液面

3、以一定的拉力 f相互作用，而且力的方向恒与线段垂直， 大小 与线段长l成正比，即f =田（1）式中称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力，其单位图1圆形吊环从被面缓慢拄起受力示意图为 N / m。如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面f收缩的表面张力f沿液面的切线方向，角称为湿润- . 5-角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f均垂直向下，设拉起液膜破裂时的拉力为 F ,则有F=（m + m0）g+2f式中，m为粘附在吊环上的液体的质量，m。为吊环质量，因表

4、面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有2f =n（D内+D外）立则表面张力系数a为：(3)二 F -（m mo）g一 ,（D内 +D外）（4由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m很小可以忽略，于是公式简化为:_ F - mog(5)一二（D内D外）表面张力系数与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液体的温度越高，1a值越小，所含杂质越多，1a值也越小。只要上述这些条件保持一定，口值就是一个常数。本实验的核心部分是准确测定F -mog ,即圆筒形吊环所受到向下的表面张力，我们用 WBM-1A型液体表面张力系数测定仪测定这个力。【实验仪器】WBM-1A型液体表面张力系数测定

5、仪主要结构是：1、底板；2、升降台；3、立杆；4、水盒；5、锁紧螺丝；6、霍尔法位移式力敏传感器；7、传感器接口； 8、机械调零旋钮；9、吊钩；10、吊环；11、升降旋钮；12、水平调节旋钮；13、功能切换按钮；14、工作指示； 15、调零旋钮（如图 2所示）。jf JarHF1213151.底板2. 升降台3.立杆4.水盒5.锁紧螺丝6.传感器部分7.传感器接口8.旋钮9.吊钩10.吊环11.升降旋钮12.水平调节旋钮13. 功能切换 14.工作指示15.调零旋钮图2仪器结构示意图【实验内容】1、实验前的准备(1)、开机预热15分钟；(2)、调节测试台底部三个调节螺钉，使水平仪指示在中心位置

6、；(3)、将金属圆环用无水酒精洗净凉干，此步骤可在预热时完成；2、定标力敏传感器转换系数 K(1)、将祛码盘挂在力敏传感器的挂钩上。调节调零电位器旋钮，使数字电压表显示在(0 -100 mV )之间；并记录初读数 U0 (该读数包括祛码盘的重量)。(2)、在祛码盘中依次力口上 1000mg2000mg3000mg.7000mg(自小至i大依次操作)，记录相应这些祛码力F作用下，数字电压表的读数 U1、U2、U3、.、U7，并记入表1。(3)、按祛码盘中的祛码质量依次为7000mg、6000mg、5000mg、.1000mg、0mg的顺序再测量一次，记下相应的电压表读数 U7、U 6 U5、.、

7、Up U。，然后求出两次测量的各U的平均值。(4)、用逐差法求力敏传感器的转换系数K=?(N/mV)。3、测定水的表面张力系数 ：-(1)、将玻璃器皿洗净，盛水后(不要盛得太多)置于测试台的托盘上；(2)、将金属圆环挂在传感器的挂钩上，顺时针转动升降台调节旋钮，使水槽上升，当环下沿接近液面时，仔细调节吊环的悬挂线，使吊环水平，然后把吊环部分浸入液体中，这时候，停顿片刻，待稳定后缓慢地逆时针转动升降台调节旋钮，这时液面逐渐往下降(相对而言即吊环往上提拉)，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象，同时注意电 .一,一 ,压表读数变化，当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显布拉力峰值U1记下此

8、刻读数(亦可将仪器面板上的测量按钮设置在峰值测量处，仪器会自动记录峰值读数)。 拉断后，等待片刻，待吊环静止后其读数值为 U2,记下这个数值。连续做 5次，求平均值。2fU1-U2K01 =表面张力系数：L 二D内, D外(6)【数据记录】.力敏传感器的转换系数：K =(N/mV)表1力敏传感器的定标祛码质量(10 -kg )增重读数Ui (mV )减重读数Ui(mV )平均值(mV )Ui -Ui工(mV)口天.)0.00U0U 4 Uo1000.00Ui2000.00U2U5-U13000.00U34000.00U4U6。5000.00U56000.005U7-U37000.00U7平均值

9、.用拉脱法求拉力对应的电子秤读数水温(室温)C测量次数拉脱时最大读数U1(mV)吊环读数U2(mV)表面张力对应读数 Uj =U1 U2(mV)(i =15)12345平均值U =.吊环的内、外直径:游标卡尺零点读数： mm测量次数12345平均值内径D 内(mm)外径D外(mm)【数据处理】1、用逐差法求仪器的转换系数K(N/mV);2、求出内外直径的平均值；3、根据 5 次测量白U auau2、&u3、&u4、au512345计算 1、 2 3、 4、 5，4、误差处理：计算表面张力系数的平均值和不确定度Ua。5、写出最后结果： u = u U一 U3t6、从课本后的附表中查出室温下水的表面张力系数1a的理论值，把实验结果与此值比较求相对不确定度。【注意事项】1、仪器使用前应预热 15分钟；2、实验前应清洗容