力敏傳感器實驗報告.doc

實驗報告班級 微電子101姓名方統(tǒng)兵 學號10105107日期2011.10.24室溫 24.9 氣壓102.09 Kpa成績教師 實驗名稱用力敏傳感器測液體表面的張力系數(shù) 【實驗目的】1. 掌握用標準的砝碼對測量儀進行定標的方法，計算該里，力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)2. 觀察拉脫法測量液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象3. 學會用拉脫法測定水的表面張力系數(shù)【實驗儀器】FB326型液體表面張力系數(shù)測定儀、附件盒、燒杯、游標卡尺【實驗原理】液體表層厚度約 10 10 m 內(nèi)的分子所處的條件與液體內(nèi)部不同， 液體內(nèi)部每一分子被周圍其它分子所包圍，分子所受的作用力合力為零。由于液體表面上方接觸的氣體分子，其密 度遠小于液體分子密度， 因此液面每一分子受到向外的引力比向內(nèi)的引力要小得多， 也就是 說所受的合力不為零，力的方向是垂直與液面并指向液體內(nèi)部，該力使液體表面收縮，直至 達到動態(tài)平衡。因此，在宏觀上，液體具有盡量縮小其表面積的趨勢，液體表面好象一張拉 緊了的橡皮膜。這種沿著液體表面的、收縮表面的力稱為表面張力。表面張力能說明液體的 許多現(xiàn)象，例如潤濕現(xiàn)象、毛細管現(xiàn)象及泡沫的形成等。在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中常常要涉 及到液體特有的性質(zhì)和現(xiàn)象。 比如化工生產(chǎn)中液體的傳輸過程、 藥物制備過程及生物工程研 究領域中關于動、植物體內(nèi)液體的運動與平衡等問題。因此，了解液體表面性質(zhì)和現(xiàn)象，掌 握測定液體表面張力系數(shù)的方法是具有重要實際意義的。 測定液體表面張力系數(shù)的方法通常 有：拉脫法、毛細管升高法和液滴測重法等。本實驗僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測定 法。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 f 沿液面的切線方向， 角 稱為濕潤角 （或接觸角） 當繼續(xù)提起圓筒形吊環(huán) 。 時， 角逐漸變小而接近為零，這時所拉出的液膜的 里、外兩個表面的張力 f 均垂直向下，設拉起液膜破 裂時的拉力為 F ，則有 F = ( m + m0 ) g + 2（1） 式中， m 為粘附在吊環(huán)上的液體的質(zhì)量， m0 為吊環(huán)質(zhì)量，因表面張力的大小與接觸面周邊 界長度成正比，則有 2 f = (D內(nèi) + D外 ) （2） 比例系數(shù) 稱為表面張力系數(shù)，單位是 N / m 。 在數(shù)值上等于單位長度上的表面張力。 式中 l 為圓筒形吊環(huán)內(nèi)、外圓環(huán)的周長之和。 = F ( m + m0 ) g ( D內(nèi) + D外 )（3） 由于金屬膜很薄，被拉起的液膜也很薄， m 很小可以忽略，于是公式簡化為： = F m0 g ( D內(nèi) + D外 )（4） 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。實驗表明，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 就是一個常數(shù)。本實驗的核心部分是準確測定 F m0 g ，即圓筒形吊環(huán)所受到向下的表面 張力，我們用 FB 326 型液體的表面張力系數(shù)測定儀測定這個力。【實驗內(nèi)容】1、開機預熱 15 分鐘。2、清洗有機玻璃器皿和吊環(huán)。 3、在有機玻璃器皿內(nèi)放入被測液體。 4、將砝碼盤掛在力敏傳感器的鉤上。 5、若整機已預熱 15 分鐘以上，可對力敏傳感器定標，在加砝碼前應首先讀取電子秤的初 讀數(shù) U 0 （該讀數(shù)包括砝碼盤的重量）（注：對于加有調(diào)零裝置的儀器，可以通過調(diào)節(jié)機箱 ， 后面的調(diào)零旋鈕， 使初讀數(shù)為零） 然后每加一個 500.00mg 砝碼， 。 讀取一個對應數(shù)據(jù) (mV ) ， 記錄到表格中，注意安放砝碼時動作要應盡量輕巧。用逐差法求力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù) K = ? ( N / mV ) 。6、換吊環(huán)前應先測定吊環(huán)的內(nèi)外直徑，然后掛上吊環(huán)，讀取一個對應數(shù)據(jù) (mV ) ，在測 定液體表面張力系數(shù)過程中， 可觀察到液體產(chǎn)生的浮力與張力的情況與現(xiàn)象， 逆時針轉(zhuǎn)動活 塞調(diào)節(jié)旋鈕， 使液體液面上升， 當環(huán)下沿接近液面時， 仔細調(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，這時候，按下面板上的按鈕開關，儀器功能轉(zhuǎn)為峰值測量，接 著緩慢地順時針轉(zhuǎn)動活塞調(diào)節(jié)旋鈕，這時液面逐漸往下降（相對而言即吊環(huán)往上提拉） ，觀 察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時的物理過程和現(xiàn)象。 當?shù)醐h(huán)拉斷液柱的一瞬間數(shù)字電壓表 顯示拉力峰值 V1 并自動保持該數(shù)據(jù)。拉斷后，釋放按鈕開關，電壓表恢復隨機測量功能， 靜止后其讀數(shù)值為 U 2 ，記下這個數(shù)值。連續(xù)做 5 次，求平均值。 表面張力系數(shù) = (V V )K 2f = 1 2 L (D內(nèi) + D外 )【實驗數(shù)據(jù)記錄及處理】1.求ki砝碼質(zhì)量/10-6 kg增重讀數(shù)vi1/mv減重讀數(shù)vi2/mvVi=(vi1+vi2)/2/mv等間距逐差vi=vi+4_vi/mv00.00135.5134.8135,15v1=v4_v0=191.71500.00160.1159.2159.6521000.00186.0185.6185.80v2=v5_v1=102.131500.00211.2210.5210.8542000.00237.8235.9236.85v3=v6_v32=102.0552500.00263.0260.5261.7563000.00288.1287.6387.85v4=v7_v3=102.8573500.00313.7313,7313.7 v平均=（v1+v2+v3+v4）/16=17.966 mv v平均為每500.00mg對應的電子秤的mv讀數(shù)，g取9.8m/s2,則 k=mg/v=2.727*10(-4)N/mv2.吊環(huán)的內(nèi)外直徑 （單位：mm）測量次數(shù)12345平均值內(nèi)經(jīng)D內(nèi)32.8033.0433.0833.0633.0633.01外徑D外34.9234.8834.8634.9034.8434.883.用拉脫法求拉力對應的電子秤讀數(shù) 水溫（室溫）25。9測量次數(shù)拉脫時最大讀數(shù)V1/mv吊環(huán)讀數(shù)V2/mv表面張力對應讀數(shù)v=（v1-v2）/mv1230.9150.380.62230.2150.180.13229.4150.379.14230.0150.080.05230.7150.180.6平均值80.14.計算=（v1-v2）/3.1415(D內(nèi)+D外)= v/3.1415(D內(nèi)+D外)=7.03*10(-2) N/m5.從附錄中查找室溫下水的表面張力系數(shù)理論值，計算相對誤差E=-0/0*100=0.2(0取7.181*10（-2）N/m)【實驗注意事項】1. 吊環(huán)需嚴格處理干凈，用酒精洗了沖干凈2. 吊環(huán)調(diào)好水平3. 開機預熱4. 調(diào)節(jié)液面要慢、避風 減少波