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)展開來?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)中液體的傳輸過程、藥物制備過

2、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?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?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)a來描述。設(shè)想在液面上作一長(zhǎng)為 I的線段，則張力的作用表現(xiàn)在線段兩邊液面以

3、一定的拉力f相互作用，而且力的方向恒與線段垂直， 大小與線段長(zhǎng)I成正比，即(1)式中a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 為 N /m。，其單位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cp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),cp角逐薇面液面圓形吊壞從誰面緩慢技起受力示意圖f均垂直向下，設(shè)拉起液漸變小而接近為零，這時(shí)所拉出的液膜的里、外兩個(gè)表面的張力 膜破裂時(shí)的拉力為F ,則有F =(m + mo)g +2f式中，m為粘附在吊環(huán)上的液體的質(zhì)量,mo為吊環(huán)質(zhì)量，因表面張力的大

4、小與接觸面周邊界長(zhǎng)度成正比，則有2f =(D內(nèi)+ D外)a則表面張力系數(shù)ot為:F(m + mo)g兀（D內(nèi)+ D外）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(jiǎn)化為: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F mog，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。F-mogot =兀(D內(nèi)+ D外)表面張力系數(shù)a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,O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，J【實(shí)驗(yàn)儀器】4、9、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

5、臺(tái)；3、立桿;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;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（如圖2所示）。J2_ijJ57 3白霍爾法位移式力敏傳感器:入電力:期注意請(qǐng)勿將磁鐵物體靠近窗口中的5磁體g:王I.F 1TT盤WBM-1A拉脫法液體表面張力測(cè)定儀:電壓顯示-/調(diào)零r6電源南京高特電子科技有限公司Nh鎖緊螺絲6.傳感器部分7.傳感器接口 8.旋鈕 水平調(diào)節(jié)旋鈕13.功能切換 14.工作指示15.調(diào)零旋鈕1.底板2. 升降臺(tái)3.立桿4.水盒5.9.吊鉤10. 吊環(huán)11. 升降

6、旋鈕12.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(0 -100 mV )之間；并記錄初讀數(shù) U。(該讀數(shù)包括砝碼盤的重量)。(2) 、在砝碼盤中依次加上 1000mg、2000mg、3000mg、.、7000mg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)U2、U3、.、U7，并記入表1。(3) 、按砝碼盤中的砝碼

7、質(zhì)量依次為7000mg、6000mg、5000mg、.1000mg、0mg的順序再測(cè)量一次，記下相應(yīng)的電壓表讀數(shù)U7、U6、U5、.、U1 U0，然后求出兩次測(cè)量的各U的平均值。(4)、用逐差法求力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)K =? (N/mV)。3、測(cè)定水的表面張力系數(shù)a(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

8、入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過程和現(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Ui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，待吊環(huán)靜止后其讀數(shù)值為 U2，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)：2fL少-U2K兀(D內(nèi)中D外)【數(shù)據(jù)記錄】1.力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù):(N/mV)表1力敏傳感器的定標(biāo)砝碼質(zhì)量(10 -kg )增重讀數(shù)Ui(mV )減重讀數(shù)Ui(mV )平均值(mV )Ui -Uiv(mV)-UX(N/mV)0.00U0U 4 01000.00U12000.00U2U5-U1300

9、0.00U34000.00U4UU25000.00U56000.00U6U7-U37000.00U7平均值12.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)u1(mV)吊環(huán)讀數(shù)U2(mV)表面張力對(duì)應(yīng)讀數(shù) Uj =u1 -U2(mV)(i =15)12345平均值U =mm3.吊環(huán)的內(nèi)、外直徑:測(cè)量次數(shù)12345平均值內(nèi)徑D 內(nèi)(mm)外徑D外(mm)游標(biāo)卡尺零點(diǎn)讀數(shù):【數(shù)據(jù)處理】1、用逐差法求儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù)K(N/mV)；2、求出內(nèi)外直徑的平均值3、根據(jù)5次測(cè)量的iu也U2、也U3、也U4、AU5計(jì)算 a 1、 汀 3、d 4、0 5 ；4、誤差處理：計(jì)算表面張力系數(shù)的平均值和不確定度Ua。5、寫出最后結(jié)果八J Ua6、從課本后的附表中查出室溫下水的表面張力系數(shù)a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