内容发布更新时间 : 2024/12/25 0:45:51星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
用拉脱法测定液体表面张力系数
液体表层厚度约10?10液体内部每一分子被周m内的分子所处的条件与液体内部不同,
围其它分子所包围,分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子,其密
度远小于液体分子密度,因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多,也就是说所受的合力不为零,力的方向是垂直与液面并指向液体内部,该力使液体表面收缩,直至达到动态平衡。因此,在宏观上,液体具有尽量缩小其表面积的趋势,液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象,例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此,了解液体表面性质和现象,掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有:拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。
【实验目的】
1.了解FB326 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构,掌握用标准砝码对测量仪进行
定标的方法,计算该传感器的灵敏度。
2.观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
3.掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。
【实验原理】
如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中,然后缓慢地提起吊环,圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面收缩的表面张力f沿液面的切线方向,角?称为湿润角(或接触角)。当继续提起圆筒形吊环时,?角逐渐变小而接近为零,这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f均垂直向下,设拉起液膜破裂时的拉力为F,则有
F?(m?m0)g?2f (1)
式中,m为粘附在吊环上的液体的质量,m0为吊环质量,因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比,则有 2f??(D内?D外)?? (2) 比例系数?称为表面张力系数,单位是N/m。?在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。
??F?(m?m0)g (3)
?(D内?D外)由于金属膜很薄,被拉起的液膜也很薄,m很小可以忽略,于是公式简化为: ??F?m0g (4)
?(D内?D外)表面张力系数?与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明,液体的温度越高,?值越小,所含杂质越多,?值也越小。只要上述这些条件保持一定,?值就是一个常数。本实验的核心部分是准确测定F?m0g,即圆筒形吊环所受到向下的表面张力,我们用FB326 型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。
【实验仪器】
FB326型液体的表面张力系数测定仪主要结构是:1、底座;2、立柱;3、横樑;4、
压阻力敏传感器;5、数字式毫伏表;6、有机玻璃器皿(连通器);7、标准砝码(砝码盘);8、圆筒形吊环。
【实验内容】
1、开机预热15分钟。
2、清洗有机玻璃器皿和吊环。
3、在有机玻璃器皿内放入被测液体。 4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。
5、若整机已预热15分钟以上,可对力敏传感器定标,在加砝码前应首先读取电子秤的初读数U0(该读数包括砝码盘的重量),(注:对于加有调零装置的仪器,可以通过调节机箱后面的调零旋钮,使初读数为零)。然后每加一个500.00mg砝码,读取一个对应数据(mV),记录到表格中,注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。用逐差法求力敏传感器的转换系数
K?? (N/mV)。
6、换吊环前应先测定吊环的内外直径,然后挂上吊环,读取一个对应数据(mV),在测定液体表面张力系数过程中,可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象,逆时针转动活塞调节旋钮,使液体液面上升,当环下沿接近液面时,仔细调节吊环的悬挂线,使吊环水平,然后把吊环部分浸入液体中,这时候,按下面板上的按钮开关,仪器功能转为峰值测量,接着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮,这时液面逐渐往下降(相对而言即吊环往上提拉),观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显示拉力峰值V1并自动保持该数据。拉断后,释放按钮开关,电压表恢复随机测量功能,静止后其读数值为U2,记下这个数值。连续做5次,求平均值。 表面张力系数 ??2f??V1?V2?K
L??D内?D外?【数据记录】
1.用逐差法求仪器的转换系数K(N/mV) 数据记录表格
先记录砝码盘等作为初读数U0?_________mV,然后每次增加一个砝码
m?500.00mg,(该标准砝码符合国家标准,相对误差为0.005%)
砝码质量 增重读数减重读数?10 ?6kg ?Ui??mV? Ui???mV? Ui?等间距逐差: ?mV? Ui??Ui???mV? 2?Ui?Ui?4?Ui ?U1?U4?U0 ?U2?U5?U1 ?U3?U6?U2 ?U4?U7?U3 ?U?K?1??U1??U2??U3??U4? ?U为每2000.00mg对应的电子秤的mV读数,则4gm?____________(N/mV) ?U2. 用拉脱法求拉力对应的电子秤读数
水温(室温)________________℃ , 电子秤初数V0________________(mV)
拉脱时最大读数 测量次数 1 2 3 4 5 平均值 吊环读数 表面张力对应读数 V1 (mV) V2 (mV) V?V1?V2 (mV) V?__________________ 3 4 5 平均值 3.吊环的内、外直径: 单位:mm 测量次数 内径D内 外径D外 1 2
4.计算?及不确定度:
??2K?V L222??K???V???L? ?????????K?????V?????L???????????
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