液体的表面张力系数测量

液体的表面张力系数测量,大学物理实验,(一）实验简介,拉脱法：测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法，常用的方法之一。,由于用拉脱法测量液体表面的张力约在110-3-110-2N之间，因此对测量力的仪器要求高。硅压阻力敏传感器张力测定仪能满足测量液体表面张力的需要。,（二）实验目的,1、用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法 。 2、观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，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、测量纯水的表面张力系数。,（三）实验原理,（1）液体的表面张力f,液体表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线 两侧的液体的相互作用拉力，其方向沿液体表面，且 恒与分界线垂直，大小于分界线的长度成正比：,f = L,称为液体表面张力系数，单位为N.m-1。与液体的 温度、纯度、种类以及它上方的气体成分有关。,1、几个基本的知识点,（2）浸润与不浸润现象,当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称为浸润；反之为不浸润现象。,接触角,2、实验仪器,（1）实验装置,（2）硅压阻式力敏传感器的结构及原理,传感器 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信号转换成电信号输出的。,结构简图,1.力臂固定点 2.硅力敏传感芯片 3.弹性梁 4.挂钩,原理,UB F 式中: F ：外力的增量 K ：传感器的灵敏度 U ：相应的电压改变量,灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏传感器的电压改变量为 B mv。,3 受力分析,使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = (D1+ D2) 这里为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。,液膜拉破前瞬间的受力分析图,片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2 此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1,片状吊环在液膜拉破后瞬间有： F2 = mg 同样有 U2 = BF2 片状吊环在液膜拉破前后电压的 变化值可表示为：,液膜拉破后瞬间的受力分析图,U1 U2 = U = K F = B（F1 F2）= K(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:,这里U1液膜拉断前瞬间电压表的读数 U2 液膜拉断后瞬间电压表的读数,对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：,吊环浸没 在水中,反方向旋转螺母， 电压表读数增加,继续旋转读增 加到一个最大值,继续旋转， 读数开始减小,减小到某一个 值，液膜破裂,此时，观察电压表 读数，记下U1、U2,阶段1,阶段2,阶段3,4 实验现象的受力分析,阶段1的受力分析,吊环下沿浸没在水中时，有,吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有,电压表读数达到最大值，此时有,这里，f 为表面张力,达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发 现，电压表读数开始减小，这主要是因为附着在液膜上 的水在重力的作用下向下滑，所以拉力减小。, 阶段2的受力分析, 阶段3的受力分析,在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2 = mg + f,在液膜拉破后瞬间有： F2 = mg,可以得到液体的表面张力：,液体的表面张力系数,（四）实验数据,表1：硅压阻力敏传感器灵敏度的定标,表2：水的表面张力系数测量,t室= D1= D2=,用不确定度表示测量结果,相对误差的计算,仪=0.1mV,数据处理计算过程,相对误差计算,