用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告x
时间:2020-09-28 12:40:43 来源:勤学考试网 本文已影响 人
用拉脱法测定液体表面张力系数
液体表层厚度约 10 10 m 内的分子所处的条件与液体内部不同,
液体内部每一分子被周
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 2 f
( 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
2 f
(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
m0 g
( 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 m0 g ,即圆筒形吊环所受到向下的表面
张力,我们用 FB 326 型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。
【实验仪器】
FB 326 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 U 0 (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
U 2 ,记下这个数值。连续做
5 次,求平均值。
表面张力系数
2 f
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 U 0 _________ 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
U i
U i
等间距逐差 :
mV
10 6 kg
U i
mV
U i mV
U i
2
mV
U i
U i 4
U i
U 1
U 4
U 0
U 2
U 5
U 1
U 3
U 6
U 2
U 4
U 7
U 3
U
1
U 1 U 2
U 3
U 4
U 为每 2000.00mg 对应的电子秤的
mV 读数,则
4
K
gm
____________( N / mV )
U
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
吊环读数
表面张力对应读数
测量次数
V2 (mV )
V V1 V2 (mV )
V1 ( mV )
1
2
3
4
5
平均值
V
__________________
3. 吊环的内、外直径:
单位: mm
测量次数
1
2
3
4
5
平均值
内径 D内
外径 D 外
4. 计算 及不确定度:
?V
L
2 2 2 2
K V L
K V L
5. 从附录中查出室温下水的表面张力系数
并与实验值 对比对实验结果进行分析。
的理论值,把实验结果与此值比较求相对误差,