内容发布更新时间 : 2024/12/22 19:54:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验二 液体表面张力系数的测定

实验目的

1．学习测力计的定标方法 。

2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象。 3．测量乙醇和纯水的表面张力系数。

实验仪器

温度计、液体表面张力测定装置（如图2-2所示）：

1．硅压阻力敏传感器。（1）受力量程：0—0.098N。（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）。

2．显示仪器(读数显示：200 mV三位半数字电压表)。 3．力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置。

4．吊环：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm、高0.850cm的铝合金吊环。 5．直径φ12.00cm玻璃器皿一套。 6．砝码盘及0.5克砝码7只

实验原理

表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液面具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用表面张力系数来定量地描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f??L，式中?表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m 。

液体表面张力的大小与液体的成分有关。不同的液体由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子间作用力而具有不同的表面张力。实验表明，温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，二者通常相当准确地成直线关系。表面张力与液体中含有的杂质有关，有的杂质能使表面张力减小，有的却使之增大。表面张力还与液面外的物质有关。

如图2-1 所示，将表面清洁的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中, 使液面下降，当吊环底面与液面平齐或略高时, 由于液体表面张力的作用, 吊环的内、外壁会带起液膜。

图2-1 拉脱过程吊环受力分析

平衡时吊环重力mg、向上拉力F 与液体表面张力f（忽略带起的液膜的重量） 满足

（2-1）

在吊环临界脱离液体时,??0, 即cos??1, 则平衡条件近似为

（2-2）

式中D1为吊环外径, D2为吊环内径。则液体表面张力系数为

（2-3）

实验中需测出F?mg及D1和D2。本实验利用力敏传感器测力,硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。即：

（2-4）

式中，F为外力大小，B为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，U为传感器输出电压的大小。 首先，进行硅压阻力敏传感器定标， 然后，求得传感器灵敏度B(V/N), 再测出吊环在即将拉脱液面时(F?mg?f)电压表读数U1, 记录拉脱后(F?mg)数字电压表的读数

U2, 代入(2-3) 式得

（2-5）

实验内容

1. 对力敏传感器进行定标，用逐差法或最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度B。 2. 用游标卡尺测量金属圆环的内、外直径，并清洁圆环表面。 3. 测乙醇的表面张力系数。

将金属环状吊片挂在传感器的小钩上。调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。（注意 ：吊环中心、玻璃皿中心最好与转轴重合。）

4. 调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后数字电压表读数值U2。[注意 ：液膜断裂应发生在转动的过程中，而不是开始转动或转动结束时（因为此时振动较厉害）。应多次重复测量。]

5. 将实验数据代入公式，求出液体的表面张力系数。 6. 测纯水的表面张力系数（参考以上步骤）。

数据处理

1. 按有效数字运算规则计算（不计算不确定度）结果。

2. 查液体表面张力系数表，由公认值和测得值计算测量结果的相对误差。 思考题

1．测?值时，为什么必须在液膜破裂时记录数据？

2．如果金属环不清洁会给测量带来什么影响？所测?值偏大还是偏小？为什么？

阅读材料

1. 仪器结构如图2-2所示

1、调节螺丝 2、升降螺丝 3、玻璃器皿 4、吊环5、力敏传感器 6、支架7、固定螺丝8、航空插头9、底座10、数字电压表11、调零旋钮

图2-2