表面張力系數(shù)2

實驗二液體表面張力系數(shù)的測定（用拉脫法）本實驗介紹拉脫法測定液體表面張力系數(shù)。拉脫法是一種直接測定法。實驗?zāi)康牧私庖后w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，計算該傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)K。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)。實驗儀器FB326型液體表面張力系數(shù)測定儀，游標(biāo)卡尺。FB326型液體表面張力系數(shù)測定儀是本實驗所用主要儀器，主要組成有：底座；立柱；傳感器固定支架；壓阻力敏傳感器；數(shù)字式毫伏表；有機玻璃液體容器（連通器）；標(biāo)準(zhǔn)砝碼（砝碼盤）；圓筒形吊環(huán)。如圖所示。實驗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10cm左右）內(nèi)的分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子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)一個指向液體內(nèi)部的吸引力，液體表面層內(nèi)分子相互作用的結(jié)果使得液體表面自然收縮，猶如緊張的彈性薄膜。由于液面收縮而產(chǎn)生的沿著切線方向的力稱為表面張力。設(shè)想在液面上作長為L的線段，線段兩側(cè)液面便有張力f相互作用，其方向與L垂直，大小與線段長度L成正比。即有f=L（2—1）比例系數(shù)稱為液體表面張力系數(shù)，其單位為Nm-i。將一表面潔凈的長為L、寬為d的矩形金屬片（或金屬絲）豎直浸入水中，然后慢慢提起一張水膜，當(dāng)金屬片將要脫離液面，即拉起的水膜將要破裂時，則有F=mg+f （2-2）式中F為把金屬片拉出液面時所用的力；mg式中F為把金屬片拉出液面時所用的力；mg為金屬片和帶起的水膜的總重量；f為表面張力。此時，f與接觸面的周圍邊界2（L+F-mga=—2（L+d）若用金屬環(huán)代替金屬片，則有F-mg=—兀（d+d）12式中d、d分別為圓環(huán)的內(nèi)外直徑。12實驗表明，tt與液體種類、純度、溫度和液面上方的氣體成分有關(guān)，液體溫度越高，tt），代入（2—2）式中可得(2—3)(2—4)值越小，液體含雜質(zhì)越多，a值越小，只要上述條件保持一定，則a是一個常數(shù)，所以測量a時要記下當(dāng)時的溫度和所用液體的種類及純度。本實驗的核心部分是準(zhǔn)確測定F-mg，即圓筒形吊環(huán)所受到向下的表面張力，用FB326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(yù)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(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)V（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0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)隨機測量功能，1靜止后其讀數(shù)值為V2，記下這個數(shù)值。連續(xù)做5次，求平均值。那么表面張力：f二V-V）?K 212 f （V-V）?K表面張力系數(shù)： L兀?/+D丿內(nèi)外數(shù)據(jù)處理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)V= mV，然后每次增加一個砝碼0m=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)氣lo-6kg)增重讀數(shù)VV(mV)i減重讀數(shù)V“(mV)iVi=—V)等間距逐差：)8V=V-Vi i+4 i0.005V二V-V1 4 0500.001000.005V二V-V2 5 11500.00

2000.005V二V-V3 6 22500.003000.005V二V-V4 7 33500.005V=丄6v+5V+5V+5V) 6V為每500.00mg對應(yīng)的電子秤的mV讀數(shù)，則161234g?mK== (N/mV)6V2．用拉脫法求拉力對應(yīng)的電子秤讀數(shù)水溫(室溫) °C,電子秤加吊環(huán)初數(shù)V。 (mV)測量次數(shù)拉脫時最大讀數(shù)V(mV)吊環(huán)讀數(shù)V(mV)表面張力對應(yīng)讀數(shù)V=V一V(mV)112122345平均值V=3．測量吊環(huán)的內(nèi)、外直徑：(單位：mm)測量次數(shù)12345平均值內(nèi)徑D+內(nèi)外徑D加外4.計算?及不確定度:K?Va=—LK=K±AK V=V±AV L二L±AL'AV5.從附錄中查出室溫下水的表面張力系數(shù)a的理論值,把實驗結(jié)果與此值比較求相對誤差。純凈水表面張力系數(shù)的公認(rèn)值：水的溫度T(°C)1015202530a(xlO-2N/m)7.4227.3497.2757.1977.118注意事項】1.吊環(huán)應(yīng)嚴(yán)格處理干凈。可用NaOH溶液洗凈油污或雜質(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，以免測量結(jié)果引入較大誤差。3.實驗之前，儀器須開機預(yù)熱15分鐘。4.在旋轉(zhuǎn)升降臺時，盡量不要使液體產(chǎn)生波動。5.實驗室不宜風(fēng)力較大，以免吊環(huán)擺動致使零點波動，所測系數(shù)不準(zhǔn)確。6.若液體為純凈水，在使用過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液體。7.玻璃器皿放在平臺上，調(diào)節(jié)平臺時應(yīng)小心、輕緩，防止打破玻璃器皿。8.調(diào)節(jié)升降臺拉起水柱時動作必須輕緩，應(yīng)注意液膜必須充分地被拉伸開，不能使其過早地破裂，實驗過程中不要使平臺搖動而導(dǎo)致測量失敗或測量不準(zhǔn)。9.使用力敏傳感器時用力不大于0.098N。過大的拉力傳感器容易損壞。1