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《液体表面张力测定(拉脱法)的误差分析与修正》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2016年第10期物理通报物理实验教学液体表面张力测定(拉脱法)的误差分析与修正*王祥委段娟娟彭朝阳(云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500)(收稿日期:20160502)摘要:拉脱法是测量液体表面张力最常见的一种方法,此方法具有现象直观,实验原理易被学生接受,仪器简单等优点.但在大学物理实验教学中忽略金属丝框所受的浮力和水膜所受的重力对测量公式进行了简化,给测定结果带来了误差.从误差分析的角度对拉脱法测定液体表面张力系数公式进行了分析与修正,得出了相关结论.关键词:表面张力拉脱法误差分析修正盘法,此方法操作方便,设备简单,直观可靠,不需要1表面张力概述密度
2、数据,既可以测定气液表面张力,也可以测定液体表面张力是液体由于表面层的分子受力不液液界面张力[3].Dognon和Arbribut将其做了平衡而产生的沿表面切线方向的相互作用力,表面进一步的改进[4],提出了悬滴法,其优点在于不仅对张力分为静态表面张力和动态表面张力.通常自液样品的湿润性无严格要求,不受接触角的影响,而且体表面形成之后,随着时间的推移液体表面张力也测定范围广(能测定液体静态,也能测定液体动态表有所变化.在新的液体表面形成的瞬间,表面张力经面张力),它是一种液体用量少而且应用广泛的方过约1s以上时,称静态表面张力;在1s以下时,称法.此方法测定的关键在于获
3、取悬滴的几何图形,所[1]动态表面张力.由于液面上方为气相层,单位体积以必须精选垫片的材质和严格控制垫片的水平位内分子数较少,所以受到向上的引力比向下的引力置.另外,还要选用合适的镜头,排除光学上的干扰,要小,使其产生一个垂直于液面并指向液体内部的选择细粒乳胶底片保证液滴影像的真实性.近年来,力,即表面分子有从液面插入液体内部的倾向使液出现了用双坐标读数显微镜和X光照相技术替代传面具有收缩的趋势.如落在树叶上的水珠、撒在桌面统光学照相的实例,克服了许多光学干扰因素,较大或者玻璃上的水银珠等呈球状,就是由于表面张力提高了悬滴法照片的清晰度以及保真度,从而提高使其表面收缩而
4、成的.[5]测量精度.拉脱法是大学中最常用的方法,跟其他几种方法相比,此方法设备简单,更容易被学生接2几种液体表面张力测定方法的优缺点受.液体表面张力的测定方法包括拉脱法、毛细管3实验原理法、Wilhelmy盘法、悬滴法等,其中毛细管法是直接测定表面张力的最为准确的方法,也是常用方法之3.1简化后测表面张力系数一.此方法不仅理论完整,而且实验条件可以严格控如图1所示,将一宽为l的金属丝框浸入水中后制,但仍然存在缺点.Sugden于1921年提出差分毛再慢慢地将其拉出水面,在该金属丝框表面将会带[2]细管上升法.Wilhelmy在1863年提出了Wilhelmy起一层水膜
5、,当水膜将要被拉直的时候,则有*本文获云南省高校高能天体物理重点实验室资助.作者简介:王祥委(1990),男,在读硕士研究生,研究方向物理学科教学.通讯作者:彭朝阳(1971),男,博士,教授,研究方向物理课程教学.—67—2016年第10期物理通报物理实验教学F=W+2γl+ldhρg(1)属丝框上表面与液面相平时,金属丝框所受的浮力式中F为向上的拉力,W是金属丝框框所受到的重应为力和浮力之差,d为细金属丝的直径(也就是水膜的12F′1=πd(l+2l0)ρg(3)4厚度),h为水膜刚被拉断前的高度,ρ为水的密度,g式中l为金属丝框的宽度,l0为浸在水中部分金属丝为重
6、力加速度.ldhρg为水膜的重量,其数值很小可的长度.以忽略.式中比例系数γ为液体表面张力系数.它表如图4所示,当水膜即将破裂时,金属丝框所受示沿着液体表面作用在单位长度上的表面张力的大的浮力应为小.因为水膜有前后两个面,所以上式中表面张力为2γl,那么由式(1)变形可得F′2=1πd2(l)(4)0-hρg2(F-W)γ=(2)式中h为水膜的高度.2l图3金属丝框贴紧水面图图4拉脱水面图图1实验原理图本实验用焦利秤测量(F-W)之值,即可计算当金属丝框上表面与液面相平时,诸力的平衡表面张力系数γ之值.条件为3.2表面张力系数的分析与修正F1+F′1=mg(5)3.2.
7、1表面张力的修正式中F1为向上的拉力,F′1为此时金属丝框所受到的如图2所示,对液体表面张力而言,其大小与受浮力,mg为框的重力.[6]当水膜即将破裂时,诸力的平衡条件为其作用的接触面的周界长2(l+d)成正比,所以表面张力应为F2+F′2=mg+f+ldhρg(6)f=2γ(l+d)cosφ式中F2为向上的拉力,F′2为此时金属丝框受到的浮力,ldhρg水膜的重力,f为表面张力.由式(5)、(6)得F2-F1=f+1πd2(2h+l)ρg+ldhρg(7)43.2.3水膜重量的修正在实际测量时,水膜的宽度并不等于金属丝的直径d.液膜厚度
