液體表面張力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

液體表面張力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究

0液體表面張力系數(shù)測(cè)量液體表面張力是液體性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。有很多方法可以測(cè)量液體的表面張力系數(shù)。脫離法是測(cè)量液體表面張力系數(shù)的常用方法之一。在課堂上，我們只測(cè)量了水的表面張力系數(shù)。由于只有簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)一些問(wèn)題和理論理解仍然很遙遠(yuǎn)，這不利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)研究能力。在本主題的研究和實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以使用環(huán)形和門的框架在開放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)量液體表面張力系數(shù)，并進(jìn)行比較和研究。此外，還可以研究不同液體表面張力系數(shù)與濃度的關(guān)系。另一方面，它可以加深對(duì)液體表面張力概念的理解和理解。另一方面，學(xué)生可以使用實(shí)驗(yàn)方法探索兩個(gè)變量之間的關(guān)系，從而真正提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。1改變液體框架的形狀，并將其配置為坐標(biāo)在大多實(shí)驗(yàn)方案中我們都是采用門形框作實(shí)驗(yàn)物體,這次改用一定規(guī)格的門形框和圓環(huán)框分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn).1.1門形框測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)值的相關(guān)性實(shí)驗(yàn)中,門形框的長(zhǎng)度l為45.04mm,金屬絲的直徑d為0.405mm,彈簧勁度系數(shù)k=1.348N/m,實(shí)驗(yàn)液體為純凈水,環(huán)境溫度31.6℃.代入公式α=k(l′?l0)2(l+d)α=k(l′-l0)2(l+d),即可算得α1=72.67×10-3N·m-1已知測(cè)量時(shí)溫度為31.6℃,則標(biāo)準(zhǔn)值.αt=(75.75-0.15t)×10-3N/m=71.01×10-3N·m-1故可得:門形框測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)誤差:E=|α1?αt|αt=|72.67?71.01|71.01=2.34E=|α1-αt|αt=|72.67-71.01|71.01=2.34%1.2nm-1門形框的測(cè)值結(jié)果實(shí)驗(yàn)中,圓環(huán)的外徑d1為21.762mm,內(nèi)徑為20.952mm,彈簧勁度系數(shù)k=1.348N/m,實(shí)驗(yàn)液體為純凈水,環(huán)境溫度31.6℃.代入公式α=k(l′?l0)π(d1+d2)α=k(l′-l0)π(d1+d2),即可算得α2=72.36×10-3N·m-1門形框測(cè)得值與公認(rèn)值的相對(duì)誤差:E=|α2?αt|αt=|72.36?71.01|71.01=1.91E=|α2-αt|αt=|72.36-71.01|71.01=1.91%1.3破裂臨界位置在普通實(shí)驗(yàn)室條件下,用圓環(huán)框測(cè)得液體表面張力系數(shù)的值與公認(rèn)值的相對(duì)誤差比門形框小,即用圓環(huán)框測(cè)得結(jié)果比門形框準(zhǔn)確.主要是由于圓環(huán)是個(gè)對(duì)稱圖形,各個(gè)方向受力對(duì)稱,從而能比較準(zhǔn)確地找出液體膜破裂的臨界位置,減小了系統(tǒng)誤差;其次,我們用圓環(huán)框測(cè)量時(shí)候,可以有效地避免用門形框測(cè)量時(shí)門形框兩端不一致而造成的誤差.誤差分析告訴我們,系統(tǒng)誤差主要與薄膜的重量、金屬框所受浮力、接觸角θ、測(cè)量方法等方面有關(guān),而采用聯(lián)合法測(cè)量液體表面張力系數(shù)就可以很好的解決這一問(wèn)題.同時(shí)在一定程度上還和實(shí)驗(yàn)物體的規(guī)格有關(guān),如:門形框的橫絲長(zhǎng)度,側(cè)絲長(zhǎng)度,金屬絲直徑.偶然誤差主要和平臺(tái)引起的液面振動(dòng)、圓環(huán)的凈化處理、液體浸潤(rùn)不充分、外界環(huán)境變化(如空氣流動(dòng))等方面有關(guān).為避免由此產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)物體作凈化處理,操作時(shí)動(dòng)作要平穩(wěn)連續(xù),減少振動(dòng),但操作不宜過(guò)慢.2表面張力系數(shù)隨液體濃度的變化在對(duì)水進(jìn)行測(cè)量以后,我們對(duì)不同濃度的蔗糖、鹽水、酒精等溶液進(jìn)行測(cè)量,這樣可以明顯觀察到表面張力系數(shù)隨液體濃度的變化現(xiàn)象,同時(shí)還對(duì)不同液體表面張力系數(shù)的差異進(jìn)行了初步探究.2.1蔗糖溶液的表面張力系數(shù)用旋光率為+66.60°cm3/dm·g的蔗糖和蒸餾水,配制以下不同質(zhì)量濃度的蔗糖溶液.用上面提及的測(cè)量原理,采用圓環(huán)框作實(shí)驗(yàn)物體測(cè)得相應(yīng)的α值,如表3:利用Excel作近似擬合,如圖1發(fā)現(xiàn)蔗糖溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關(guān)系,即蔗糖溶液的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而增大.2.2表面張力系數(shù)與濃度的測(cè)量用純凈的氯化鈉和蒸餾水,配制以下不同質(zhì)量濃度的鹽水.用同一測(cè)量原理,采用圓環(huán)框作實(shí)驗(yàn)物體測(cè)得相應(yīng)的α值,如表4:利用Excel作近似擬合,如圖2發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關(guān)系,即鹽水的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而增大.2.3酒精溶液的表面張力測(cè)定用酒精(化學(xué)純99.5%)和蒸餾水,配制以下不同質(zhì)量濃度的酒精溶液.用同一測(cè)量原理,采用圓環(huán)框作實(shí)驗(yàn)物體測(cè)得相應(yīng)的值α,如表5:利用Excel作近似擬合,如圖3發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成對(duì)數(shù)關(guān)系,即酒精溶液的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而減小.2.4水溶液濃度的影響水的表面張力系數(shù)因加入溶質(zhì)形成溶液而有不同的改變,這和溶質(zhì)的化學(xué)組成有關(guān).對(duì)蔗糖而言,它是有機(jī)化合物,雖然有機(jī)化合物一般能降低水的表面張力,但是蔗糖里面的親水基羥基強(qiáng)于憎水基碳?xì)滏湹淖饔?使蔗糖分子總體有進(jìn)入水中的趨勢(shì),羥基的主導(dǎo)作用使蔗糖溶液的表面張力系數(shù)大于水,并隨溶液濃度增大而增大;對(duì)鹽水而言,明顯是因?yàn)槠潆x子的親水性,使鹽水的表面張力系數(shù)大于水,也隨溶液濃度增大而增大.其實(shí)大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽和不揮發(fā)性的酸堿的水溶液都有類似性質(zhì);但對(duì)酒精來(lái)說(shuō),它是非離子型的有機(jī)化合物,里面的憎水基碳?xì)滏湉?qiáng)于羥基,故酒精溶液的表面張力系數(shù)小于水,且隨溶液濃度增大而減小.大多數(shù)非離子型的有機(jī)化合物如短鏈脂肪酸、醇、醛類的水溶液都有此行為.3液體表面張力系數(shù)和濃度關(guān)系的意義從實(shí)驗(yàn)分析來(lái)看,使用圓環(huán)框測(cè)定液體表面張力系數(shù)具有的一定的優(yōu)越性.對(duì)蔗糖溶液、鹽水、酒精的表面張力系數(shù)和濃度關(guān)系