液体的表面张力系数的测定

实 验 目 的 学 习 拉 脱 法 的 测 量 原 理 和 方 法 。 学 习 用 最 小 二 乘 法 处 理 实 验 数 据 。 实 验 原 理 液 体 具 有 收 缩 表 面 的 趋 势 ， 其 表 面 象 一 张 蹦 紧的 弹 性 薄 膜 ， 在 其 表 面 内 存 在 沿 着 表 面 作 用 的 张 力 ，使 其 表 面 产 生 收 缩 的 倾 向 。 这 即 为 液 体 的 表 面 张 力 。表 面 张 力 垂 直 于 液 体 表 面 任 何 一 条 线 段 并 沿 着 液 体表 面 ， 作 用 于 单 位 长 度 上 的 张 力 称 为 表 面 张 力 系 数 ，用 表 示 。其 中 F为 作 用 于 线 段 L上 的 张 力 。LF 实 验 原 理 用 测 量 一 个 已 知 周 长 的 金 属 片 从 待 测 液 体 表面 脱 离 时 所 需 要 的 力 ， 来 求 得 该 液 体 的 表 面 张 力系 数 的 方 法 称 为 拉 脱 法 。 实 验 中 我 们 用 的 是 环 状 金 属 吊 片 . L= （ D1+D2） F= （ D1+D2）吊 片 脱 离 液 体 表 面 瞬 间 前 后 的 力 的 平 衡 方程 为 T1=W1+F+m g T2=W2+m g 拉 脱 前 拉 脱 后T1 T2m g (m g)W 1 W2F 环 状 金 属 吊 片液 膜 实 验 原 理 T1、 T2为 向 上 的 作 用 力 ， W1、 W2为 环 状 金 属吊 片 所 受 重 力 和 浮 力 之 差 ， 因 为 环 状 金 属 吊 片 在脱 离 液 体 表 面 前 就 已 经 离 开 了 液 体 表 面 ， W1W2。m g、 （ m g)为 液 膜 所 受 的 重 力 ， m g（ m g) ,T1、 T2之 差 就 是 表 面 张 力 F。表 面 张 力 系 数 的 值 和 液 体 的 种 类 、 纯 度 、 温 度以 及 液 体 上 方 的 气 体 成 分 有 关 。 实 验 证 明 ， 液 体的 温 度 越 高 ， 的 值 越 小 ， 液 体 所 含 杂 质 越 多 ， 的 值 也 越 小 ， 对 于 上 述 条 件 都 不 变 的 液 体 ， 值 是 一 个 常 数 。 )( 21 21 DD TTLF 实 验 原 理 上 式 中 ， 液 体 表 面 张 力 F= T1 T2 ， 我们 用 力 敏 传 感 器 测 量 ， 读 取 相 应 的 电 压 数 值 T1 U1、 U2 ， 取 其 差 值 U= U1 U2 ， 乘 以 相 应的 转 换 系 数 k,即 为 F: F = kU 1 2F k UL (D D ) 实 验 仪 器 液 体 表 面 张 力 系 数 测 定 仪 FD-NST-I 一 套游 标 卡 尺 一 件干 湿 温 度 计 一 只 实 验 仪 器 液 体 表 面 张 力 系 数 测 定 仪 采 用 硅 压 阻 式 力 敏 传 感 器 来 测 量 液 体 和 环 状金 属 吊 片 之 间 的 表 面 张 力 ， 在 外 力 作 用 下 ， 输 出的 电 压 和 外 力 成 正 比 。 U=KF式 中 F为 外 力 ， K为 硅 压 阻 式 力 敏 传 感 器 的 灵 敏度 ， 单 位 是 V / N， U为 传 感 器 输 出 的 电 压 值 。 实 验 装 置 的 结 构 见 下 图 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 纽 调 零 旋 钮 环 状 金 属 吊 片数 字 电 压 表 干 湿 温 度 计 实 验 中 还 必 须 测 量实 验 室 当 时 的 温 度 。 因此 ， 实 验 室 备 有 干 湿 温度 计 ， 干 湿 温 度 计 除 了可 以 用 来 测 量 室 温 以外 ， 还 可 以 测 量 实 验 室的 相 对 湿 度 。 干温度计 实 验 内 容 1.力 敏 传 感 器 的 定 标 仪 器 预 热 挂 上 砝 码 盘 ， 依 次 加 上 0.500g、 1.000g3.500g等 质 量 的 砝 码 ， 记 录 Ui 用 最 小 二 乘 法 求 出 传 感 器 的 灵 敏 度 K = U/ F ，砝 码 质 量 m i /g 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500重 力 F i (10-3N) 4.897 9.794 14.691 19.588 24.485 29.382 34.279电 压 Ui /m V 实 验 内 容 2.环 状 金 属 吊 片 的 内 外 直 径 的 测 量 和 清 洁 测 量 金 属 圆 环 的 内 外 直 径 D1、 D2（ 6 10次 取 平均 ) 清 洗 环 状 金 属 吊 片 和 器 皿D1/cmD2/cm 实 验 内 容 3.测 定 液 体 的 表 面 张 力 系 数 尽 量 使 吊 片 的 下 沿 和 液 面 平 行 旋 转 升 降 盛 水 托 盘 ， 吊 环 下 沿 没 入 液 面 ， 然 后缓 慢 脱 离 液 面 ， 记 录 此 过 程 中 的 电 压 极 值 Ui1和脱 离 后 的 电 压 值 Ui2 , 多 次 测 量 (5次 ,每 次 测 量 时调 节 调 零 旋 纽 ， 使 每 次 测 量 的 Ui1不 相 同 ),共 得到 五 组 数 据 ， 计 算 Ui= Ui1 Ui2 ， 可 得 ： U1 , U2 , U3 , U4 , U5 , 实 验 内 容 由 公 式 可 计 算 得 到 ： 1 ,2 ,3 ,4 ,5 求 其 平 均 值 ： ii 1 2k UFL (D D ) 2 55 1= 实 验 内 容 4.求 的 百 分 差 P 读 取 温 度 计 的 液 体 温 度 T， 查 表 （ 书 中 第 312页 ）找 出 环 境 温 度 下 的 表 面 张 力 系 数 标 准 值 0 。 的 平 均 值 与 0作 百 分 差 运 算 。P 100%00= .必 须 写 明 的 直 接 测 量 ： 标 准 砝 码 数 值 m /g 0.500, 1.000, 1.500, 2.000, 2.500, 3.000, 3.500 重 力 F/10-3N 4.897, 9.794, 14.691, 19.588, 24.485, 29.382, 34.279 转 换 电 压 U /m V U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7 金 属 环 外 径 D1 /m m D11、 D12、 D13、 D14、 D15、 D16数 据 处 理 金 属 环 内 径 D2 /m m D21、 D22、 D23、 D24、 D25、 D26 液 体 温 度 T 拉 脱 电 压 值 U/m V U 1, U 2, U21, U22, U31, U32, U41, U42, U51, U52数 据 处 理 2 .必 须 写 明 的 中 间 计 算 量 ： D1平 均 , D2平 均 , k, 0 , U1, U2, U3, U4, U53 .必 须 写 明 的 中 间 计 算 结 果 ： 1 , 2 , 3 , 4 , 54 .最 终 计 算 结 果 ：数 据 处 理 2 55 1= P 100%00=