液体表面张力系数实验装置的改进(最终修改稿)

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1、液体表面张力系数实验装置的改进代伟,徐平川，陈太红，曾体贤，兰小刚（西华师范大学物理与电子信息学院四川、南充637002）摘要:本文对现有吊环法液体表面张力系数测量仪的水平调节装置、吊环升降装置存在的不足进行了改进，另外在原有仪器上增加了液体加热装置以便对不同温度下的液体表面张力系数进行测量，实验说明新的实验装置更加科学合理.通过实验对比得出：新的实验装置操作方便、实验误差小，重复性好，有推广价值。关键词：表面张力；表面张力系数；吊环法；改进中图分类号：O414·19　文献标识码：A文章编号：1000-0712由于液体分子间的相互吸引力，使得液体具有尽

2、量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩液面的力称为表面张力。液体表面张力的存在解释了物质的液体状体所呈现的许多现象，如泡沫的形成、浸润和毛细现象等。在工业技术上，浮选技术和液体输送技术等方面都要对液体表面张力系数进行研究。另外表面张力系数的测量在石油、化工、医药及水电部门对绝缘油油质的监督等部门有着广泛的应用。测定表面张力系数常用的方法有：吊环法、吊片法、悬滴法、静滴法(躺滴法)、旋转液滴法、等密度法、最大气泡压力法和毛细管上升法等[1-6]。基于以上的测量方法，国内外科研部门研制了一些测量液体表面张力系数的仪器

3、，在这些仪器中，应用最多的是吊环法。目前吊环法液体表面张力系数测量仪主要有两种，一种是指针式手动张力系数仪，另一种是单片机控制的数显测量仪，这两种仪器的共同缺点是测试人员的人为干预多、安装调试复杂，仪器可操作性差，系统误差大[7]，测试结果重复性不好，基于此，本文研究、设计一种新的液体表面张力系数测定仪，可弥补上述两种仪器的不足。1实验原理金属环固定在传感器上，将该环浸没于被测液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值为：(1)其中，、分别为的金属环的外、内径，为液体表面张力系数。另外，由数字电压表及硅压阻力敏传感器得到液体表面张力

4、(2)其中，为力敏传感器灵敏度，单位为。为吊环即将拉断液柱前数字电压表的最大读数，为拉断液柱数字电压表的读数。故液体表面张力系数为（3）实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。2原有测量仪存在的问题在现有的液体表面张力系数测量仪中，一般采用拉脱法测量液体表面张力系数，目前大都用半导体电阻应变片构成的高灵敏度微张力传感器和测试显示仪表来取代以往的焦利秤、扭秤、天平等，进行液体表收稿日期：2010-10-23

5、.修订日期：作者简介：代伟(1964-),男,四川遂宁人,西华师范大学物理与电子信息学院副教授.本科,主要从事大学物理实验教学与研究.面张力测量。这种仪器结构简单，操作方便，测量误差小，重复性较好，物理概念表达清晰、直观，比用以往的焦利秤、扭秤、天平等进行测量虽说有了很大的改进，但现有仪器仍然存在以下几点不足：2.1现有的吊环法液体表面张力测量仪主要误差来源之一是吊环不易调水平，悬挂吊环各铜丝长度不均，致使圆环不水平，在表面张力作用下，吊环低的一侧拉起的水柱内外表面为图1（a）所示的鞍面，而吊环高的一侧拉起的水柱内外表面为图1（b）所示的双曲面，这样吊

6、环拉起的水柱内外表面就形不成图1（c）（a）（b）（c）图1圆环拉起的水柱切面形状所示的柱面，导致受力不均，液体薄膜就很容易从位置高的一侧断裂，在测量中引入粗大误差。测量时如吊环偏差1°，测量结果引入误差为0.5%；偏差2°,则引入误差为1.6%。现有仪器吊环水平调节装置是通过调节三根细金属丝凭感觉判断吊环下沿是否水平，用此方法调水平既原始也不科学，而且没有判断依据。所以吊环是否水平很难判断，调节不好在测量中就会引入较大的粗大误差。2.2现有仪器吊环的拉脱是通过丝杆螺母传动让盛装液体的玻璃皿下降完成，升降装置中使用的是细牙螺纹，测量时要调节载物台上下移

7、动非常困难，加之原仪器移动行程短，在测一些表面张力系数小的液体时往往拉不断液膜；另外在调节升降螺母时会使载物台下降时仪器会晃动，一晃动就容易导致吊环或砝码盘震动、摆动（单摆与锥摆）、转动等，同时致使力敏传感器挂钩受力不稳定、不竖直，数字电压表显示不稳定，液膜容易突然断裂，引入粗大误差（过失误差），使测量精度大大降低。2.3原有仪器没有加热装置，所以只能测量室温环境下的液体表面张力系数，而实际测量中往往需要测量某一温度下的液体表面张力系数，所以原有装置不能满足实际测量需要。针对以上存在的问题我们对原装置进行了改进，将水平仪，恒温加热套，齿轮齿条升降装置等

8、用于新仪器中，用改进后的装置来测量液体表面张力系数设计方法科学，实验误差小，可操作性强，经实验