液体表面张力系数的测量

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1、实验6、表面张力系数的测定预习重点1、脱法测表面张力系数的原理；一、实验目的液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数，该参数在工业、医学和科学研究中有着重要应用。有利于学生学习和掌握硅单晶电阻应变传感器的原理和方法二、实验原理2.1、表面张力的基本概念液体表面上任何一条分界线两侧间的液体存在的使液面绷紧的相互吸引力，叫做表面张力。产生原因是由于界面的原子或分子之间的距离比内部的原子或分子之间的距离大，原子或分子的密度比较小，相对于物态内部而言其原子或分子的能量比较高，而这个能量的增高就是表面张力的原因。表面张力促使液体缩小其表面面积，来减少未满足的化学价。由于球面是同样体积下面积最小

2、的体，因此在没有外力的情况下（比如在失重状态下），液体在平衡状态下总是呈球状。表面张力f的方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即f=αL（6-1）−1式中α称为液体表面张力系数，单位为NM⋅，在数值上等于单位长度上的表面张力。热力学对表面张力系数的定义为：表面张力系数α是在温度T和压力P不变的情况下吉布斯自由能G对面积S的偏导数：∂Gα=()TP∂S实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。2.1、吊环拉脱法测表面张力系数表面张力的测量方法有很多种，如毛细f法、滴重法、表面波法等，

3、本实验采用的则是D1吊环拉脱法。D2如图1所示，一个内、外半径为D、D12的金属环悬挂在硅单晶电阻应变力传感器上，图6-1吊环拉脱法测量原理然后把它浸入液体中。当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。由于表面张力的作用，力传感器的拉力逐渐达到最大值F（超过此值，水柱即破裂），则F应当是金属环重力与水柱拉引金属环的表面张48力之和，即F=G+f（6-2）由于液面的直径与金属环的内外径相同，则有f=απ(DD+)（6-3）12则表面张力系数为fα=(6-4)π(D+D)12本实验用的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器以数字式电压表输出显示。若力敏传感器所受拉力为F时，数字式

4、电压表的示数为U，则有UF=（6-5）B−1式中B表示力敏传感器的灵敏度，单位VN⋅。设吊环拉断液柱的前一瞬间环受到的拉力为F=G+f1，数字电压表的读数值为U1，拉断时瞬间吊环受力为F=G2，数字电压表的读数值为U2，则有UU−12fFF=−=（6-6）12B故表面张力系数为fUU−12α==（6-7）ππ((D++DB))DD1212三、实验仪器力传感器吊环液体及器皿数字电压表图6-2FD-NST-Ⅰ型液体表面张力系数测定仪3.1、该仪器主要技术参数：（1）硅单晶电阻应变传感器：49−1受力量程：0-0.098g；灵敏度：约3VN⋅；供电电压：直流5-12V。（2）显示仪器：读数显示

5、：200mV三位半数字电压表；调零：手动多圈电位器；连接：5芯航空插头。（3）吊环：铝合金吊环，外径：φ=3.496cm，内经φ=3.310cm，高0.85cm。（4）玻璃器皿直径φ=12cm。（5）砝码盘及0.5克砝码7只。3.2、仪器使用注意事项：1.吊环应严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净。2.必须使吊环保持竖直，以免测量结果引入较大误差。3.实验之前，仪器须开机预热15分钟。4.在旋转升降台时，尽量不要使液体产生波动。5.实验室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不准确。6.若液体为纯净水，在使用过程中防止灰尘和油污以及其它杂质污染。特别

6、注意手指不要接触被测液体7调节升降台拉起水柱时动作必须轻缓，应注意液膜必须充分地被拉伸开，不能使其过早地破裂，实验过程中不要使平台摇动而导致测量失败或测量不准。9.使用力敏传感器时用力不大于0.098N。过大的拉力传感器容易损坏。10.实验结束后须将吊环用清洁纸擦干并包好，放入干燥缸内。四、实验内容4.1、测定力敏传感器的灵敏度（必做）实验要求：（1）电压表使用前要清零；（2）将7个质量均为0.5g的片码依次放入吊盘中，分别记下电压表的读数U0~U7；再依次从吊盘中取走片码，根据数据计得出力敏传感器的灵敏度B。（3）实验表格自拟4.2、测定水的表面张力系数（必做）实验要求：（1）逆时针旋

7、转升降台大螺帽使玻璃器皿中液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说吊环相对往上升）。观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理现象。记录吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值U1，拉断时瞬间数字电压表的读数值U2。（2）数据表格自拟；（3）测量次数不少于5次。（4）实验表格自拟4.3、测量液体浓度和液体表面张力系数的关系。（选做）实验要求：（1）测量方案自拟；数据表格自拟；（2）相同浓度时的测