用拉脫法測定液體表面張力系數(shù)物理實(shí)驗(yàn)報告

F=(mF=(m+m0)g+2f(1)圖1圓夠吊蝦M液間緩慢杵起受力小意圖用拉脫法測定液體表面張力系數(shù)液體表層厚度約10t。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(yuǎn)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(dá)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(xì)管現(xiàn)象及泡沫的形成等。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)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(lǐng)域中關(guān)于動、植物體內(nèi)液體的運(yùn)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(shí)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(xì)管升高法和液滴測重法等。本實(shí)驗(yàn)僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測定法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釬B326型液體的表面張力系數(shù)測定儀的基本結(jié)構(gòu)，掌握用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對測量儀進(jìn)行定標(biāo)的方法，計算該傳感器的靈敏度。觀察拉脫法測液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象，并用物理學(xué)基本概念和定律進(jìn)行分析和研究，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識。掌握用拉脫法測定純水的表面張力系數(shù)及用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】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，角甲稱為濕潤角(或接觸角)。當(dāng)繼續(xù)提起圓筒形吊環(huán)時，甲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/均垂直向下，設(shè)拉起液膜破裂時的拉力為F，則有式中，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 2f=兀(D+D).以 (2)比例系數(shù)a稱為表面張力系數(shù)，單位是N/m。a在數(shù)值上等于單位長度上的表面張力。式中l(wèi)為圓筒形吊環(huán)內(nèi)、外圓環(huán)的周長之和。(3)F-(m+m)g(3)‘=兀D+D;)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:a=F—mog （4）兀（氣+氣）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，a值越小，所含雜質(zhì)越多，a值也越小。只要上述這些條件保持一定，a值就是一個常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的核心部分是準(zhǔn)確測定F-m0g，即圓筒形吊環(huán)所受到向下的表面張力，我們用FB326型液體的表面張力系數(shù)測定儀測定這個力?！緦?shí)驗(yàn)儀器】FB326型液體的表面張力系數(shù)測定儀主要結(jié)構(gòu)是：1、底座；2、立柱；3、橫糅；4、壓阻力敏傳感器；5、數(shù)字式毫伏表；6、有機(jī)玻璃器皿（連通器）；7、標(biāo)準(zhǔn)砝碼（砝碼盤）；8、圓筒形吊環(huán)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、 開機(jī)預(yù)熱15分鐘。2、 清洗有機(jī)玻璃器皿和吊環(huán)。3、 在有機(jī)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(jī)已預(yù)熱15分鐘以上，可對力敏傳感器定標(biāo)，在加砝碼前應(yīng)首先讀取電子秤的初讀數(shù)U0（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(jī)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(yīng)數(shù)據(jù)（mV），記錄到表格中，注意安放砝碼時動作要應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dāng)環(huán)下沿接近液面時，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，這時候，按下面板上的按鈕開關(guān)，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(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V并自動保持該數(shù)據(jù)。拉斷后，釋放按鈕開關(guān)，電壓表恢復(fù)隨機(jī)測量功能，1靜止后其讀數(shù)值為U2，記下這個數(shù)值。連續(xù)做5次，求平均值。表面張力系數(shù) ?2fV-V）K\a= =ri2 \L兀D+D）【數(shù)據(jù)記錄】 內(nèi)外1.用逐差法求儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù)K（N/mV）數(shù)據(jù)記錄表格先記錄砝碼盤等作為初讀數(shù)U0=mV，然后每次增加一個砝碼

m=500.00mg，(該標(biāo)準(zhǔn)砝碼符合國家標(biāo)準(zhǔn)，相對誤差為0.005%)砝碼質(zhì)量增重讀數(shù)U：(mV)減重讀數(shù)U"(mV)等間距逐差：^mV)0.00500.001000.001500.002000.002500.003000.003500.005U=40U+bU+bU+bU) *U每2000.00mg對應(yīng)的電子秤的mV讀數(shù)，則K=5==(N/mV)2.用拉脫法求拉力對應(yīng)的電子秤讀數(shù)水溫(室溫)°C， 電子秤初數(shù)V0(mV)測量次數(shù)拉脫時最大讀數(shù)吊環(huán)讀數(shù)表面張力對應(yīng)讀數(shù)1