實(shí)驗(yàn)一 表面張力系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)一表面張力系數(shù)的測(cè)定液體沿表面總是存在著使液面緊張且向液體內(nèi)收縮的力稱為表面張力。液體的許多現(xiàn)象，如毛細(xì)管現(xiàn)象、濕潤(rùn)現(xiàn)象、泡沫的形成等，都與表面張力有關(guān)。表面張力系數(shù)是液體表面的重要力學(xué)性質(zhì)：對(duì)于不同種類的液體，其表面張力不同，而對(duì)于同一種液體，其表面張力系數(shù)隨著溫度及其所含雜志的改變而增大或減小。這些性質(zhì)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如浮法選礦、液體的傳輸技術(shù)、化工生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)等等都要對(duì)液體的表面張力進(jìn)行研究。測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法很多。常用的有拉脫法和毛細(xì)管升高法。本次實(shí)驗(yàn)介紹用拉脫法測(cè)定液體表面張力系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.學(xué)習(xí)FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀的使用方法；2.用拉脫法測(cè)定室溫下液體的表面張力系數(shù)【實(shí)驗(yàn)儀器】FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀、片碼、鋁合金吊環(huán)、吊盤、玻璃器皿、鑷子【實(shí)驗(yàn)原理】液體分子之間存在相互作用力，稱為分子力。液體內(nèi)部每一個(gè)分子周圍都被同類的其他分子包圍，它所受到的周圍分子的作用，合力為零。而液體的表面層（其厚度等于分子的作用半徑，約左右）內(nèi)的分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子相比，缺少了一半和它吸引的分子。由于液體上的氣相層的分子數(shù)很少，表面層內(nèi)每一個(gè)分子受到向上引力比向下的引力小，合力不為零，出現(xiàn)一個(gè)指向液體內(nèi)部的吸引力，所以液面具有收縮的趨勢(shì)。這種液體表面的張力作用，被稱為表面張力。表面張力是存在于液體表面上任何一條分界線兩側(cè)間的液體的相互作用拉力，其方向沿液體表面，且恒與分界線垂直，大小與分界線的長(zhǎng)度成正比，即（1）式中稱為液體的表面張力系數(shù)，單位為N×M-1，在數(shù)值上等于單位長(zhǎng)度上的表面張力。實(shí)驗(yàn)證明，表面張力系數(shù)的大小與液體的溫度、純度、種類和它上方的氣體成分有關(guān)。溫度越高，液體中所含雜質(zhì)越多，則表面張力系數(shù)越小。將內(nèi)徑為D1，外徑為D2的金屬環(huán)懸掛在測(cè)力計(jì)上，然后把它浸入盛水的玻璃器皿中。當(dāng)緩慢地向上提拉金屬環(huán)時(shí)，金屬環(huán)就會(huì)拉起一個(gè)與液體相連的水柱。由于表面張力的作用，測(cè)力計(jì)的拉力逐漸達(dá)到最大值F（超過(guò)此值，水柱即破裂），則F應(yīng)當(dāng)是金屬環(huán)重力與水柱拉引金屬環(huán)的表面張力之和，即（2）由于水柱有兩個(gè)液面，且兩液面的直徑與金屬環(huán)的內(nèi)外徑相同，則有（3）則表面張力系數(shù)為（4）表面張力系數(shù)的值一般很小，測(cè)量微小力必須用特殊的儀器。本實(shí)驗(yàn)用FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量。FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀用到的測(cè)力計(jì)是硅壓阻力敏傳感器，以數(shù)字式電壓表輸出顯示。若力敏傳感器拉力為F時(shí)，數(shù)字式電壓表的示數(shù)為U，則有（5）式中B表示力敏傳感器的靈敏度，單位V/N。吊環(huán)拉斷液柱的前一瞬間，吊環(huán)受到的拉力為；拉斷時(shí)瞬間，吊環(huán)受到的拉力為。若吊環(huán)拉斷液柱的前一瞬間數(shù)字電壓表的讀數(shù)值為U1，拉斷時(shí)瞬間數(shù)字電壓表的讀數(shù)值為U2，則有（6）故表面張力系數(shù)為（7）【儀器結(jié)構(gòu)】

1、調(diào)節(jié)螺絲2、升降螺絲3、玻璃器皿4、吊環(huán)5、力敏傳感器6、支架7、固定螺絲8、航空插頭9、底座10、數(shù)字電壓表11、調(diào)零【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.開(kāi)機(jī)預(yù)熱15分鐘；2.清洗玻璃器皿和吊環(huán)；3.調(diào)節(jié)支架的底腳螺絲，使玻璃器皿保持水平；4.測(cè)定力敏傳感器的靈敏度①.預(yù)熱15分鐘以后，在力敏傳感器上吊上吊盤，并對(duì)電壓表清零；②.將7個(gè)質(zhì)量均為0.5g的片碼依次放入吊盤中，分別記下電壓表的讀數(shù)U0~U7；再依次從吊盤中取走片碼，記下讀數(shù)U7~U0，將數(shù)據(jù)填入表格（自行設(shè)計(jì)）。5.測(cè)定水的表面張力系數(shù)①.將盛水的玻璃器皿放在平臺(tái)上，并將潔凈的吊環(huán)掛在力敏傳感器的小鉤上，并對(duì)電壓表清零；②.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)大螺帽使玻璃器皿中液面上升，當(dāng)環(huán)下沿部分均浸入液體中時(shí)，改為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)該螺帽，這時(shí)液面往下降（或者說(shuō)吊環(huán)相對(duì)往上升）。觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理現(xiàn)象。記錄吊環(huán)拉斷液柱的前一瞬間數(shù)字電壓表的讀數(shù)值U1，拉斷時(shí)瞬間數(shù)字電壓表的讀數(shù)值U2。重復(fù)測(cè)量5次，將數(shù)據(jù)填入表格（自行設(shè)計(jì)）。5.計(jì)算表面張力并計(jì)算其不確定度系數(shù)并計(jì)算其不確定度，正確表示結(jié)果?！咀⒁馐马?xiàng)】1.吊環(huán)應(yīng)嚴(yán)格處理干凈。洗凈油污或雜質(zhì)后，用清潔水沖洗干凈，并用熱吹風(fēng)烘干。2.必須使吊環(huán)保持豎直，以免測(cè)量結(jié)果引入較大誤差。3.實(shí)驗(yàn)之前，儀器須開(kāi)機(jī)預(yù)熱15分鐘。4.在旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)時(shí)，盡量不要使液體產(chǎn)生波動(dòng)。5.實(shí)驗(yàn)室不宜風(fēng)力較大，以免吊環(huán)擺動(dòng)致使零點(diǎn)波動(dòng)，所測(cè)系數(shù)不準(zhǔn)確。6.若液體為純凈水，在使用過(guò)程中防止灰塵和油污以及其它雜質(zhì)污染。特別注意手指不要接觸被測(cè)液體。7.玻璃器皿放在平臺(tái)上，調(diào)節(jié)平臺(tái)時(shí)應(yīng)小心、輕緩，防止打破玻璃器皿。8.調(diào)節(jié)升降臺(tái)拉起水柱時(shí)動(dòng)作必須輕緩，應(yīng)注意液膜必須充分地被拉伸開(kāi)，不能使其過(guò)早地破裂，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要使平臺(tái)搖動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)量失敗或測(cè)量不準(zhǔn)。9.使用力敏傳感器時(shí)用力不大于0.098N。過(guò)大的拉力傳感器容易損壞。10.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后須將吊環(huán)用清潔紙擦干并包好，放入干燥缸內(nèi)。【思考題】1.實(shí)驗(yàn)前，為什么要清潔吊環(huán)？2.為什么吊環(huán)拉起的水柱的表面張力為？3.當(dāng)?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入液體中后，調(diào)節(jié)升降平臺(tái)使得液面往下降，數(shù)字電壓表的示數(shù)如何變化？附錄一銅—康銅熱電偶分度表熱電勢(shì)（mV）溫度℃0123456789-10-000.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.087301313.1763.2213.2662.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.76