水表面张力系数的测定 实验报告.doc

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1、大连理工大学成绩教师签字大学物理实验报告院（系）材料学院专业材料物理班级0705姓名童凌炜学号200767025实验台号实验时间2008年12月03日，第15周，星期三第5-6节实验名称水表面张力系数的测定教师评语实验目的与要求：（1）理解表面张力现象。（2）用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。主要仪器设备：FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。实验原理和内容：分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示对液体表面张力的理解和解释：在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧

2、了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。计算张力时可以做如下的假设：想象在表面层上有一条长度为L的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=αL（α为液体表面张力系数）。实验中，首先吊环是浸润在水中的，能够受到表面张力的拉力作用。测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力，吊环一共受到三个力，即重力W、液面的拉力f拉、传感器的弹力F试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的f拉，就是表面张力f。圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内

3、、外直径分别为D1、D2,则界限长度L=πD1+πD2。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有水膜被拉断前传感器受力F1在水膜拉断后传感器受力F2由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为步骤与操作方法：（1）力敏传感器的定标i.开机预热10分钟。ii.将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。得到U-G关系，完成传感器的定标。（2）水的表面张力及吊环内外径的测量i.测量吊环的内径D1和外径D2（各测量4次取平均）。ii.严格处理干净吊环。先用NaOH溶液洗净，再用清水冲洗干净。iii.在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要，细微

4、的水平位置偏差将导致结果出现误差）。iv.升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象，记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V1和拉断后的电压表读数V2（该步骤重复8次）。数据记录与处理：以下为测量所得的直接数据（1）仪器的定标na01234567V/mV0.016.933.750.667.584.0101.3117.6m/g0.00.51.01.52.02.53.03.5nb76543210V/mV117.6101.184.367.049.933.116.1-0.5m/g3.53.02.52.01.51.00.50.0

5、（2）表面张力-电压的测量n12345678V1/mV97.696.696.495.395.496.894.995.7V2/mV46.24645.945.845.745.745.745.6（3）圆环的内外径n12D1/mm34.834.8D2/mm33.233.2结果与分析：一、张力仪的定标从已知数据，令，，得到一下结果avgV/mV-0.25016.50033.40050.25067.25084.150101.200117.600F/N0.0000000.0049010.0098010.0147020.0196020.0245030.0294030.034304设两者存在

6、关系V=kF，使用LINEST函数直接对数据进行直线拟合，得到k=3444.01203接下来使用MLS计算Uk：avgV_all=58.763　Vi-k*Fi-0.250-0.377-0.355-0.382-0.260-0.237-0.064-0.542Δv^20.06250.14240.12590.14600.06740.05610.00410.2934SUMΔv^2=0.8978mv2　Sv=0.358133547　Fi^20.0000000.0000240.0000960.0002160.0003840.0006000.0008650.001177SUMFi^20.0

7、03362　Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779修约后的Uk=mV/Nk的最终结果为(3.4±0.01)*103mV/N得到V-F关系方程为V=3400*F二、拉力电压数据的处理断膜瞬间电压V1n12345678V1/mV97.696.696.495.395.496.894.995.7avgV1_all=96.0875mVV1i-Vavg1.51250.51250.3125-0.7875-0.68750.7125-1.1875-0.3875ΔV1^22.2876560.2626