实验26 液体表面张力系数的测定3

1、实验26 液体表面张力系数的测定 为什么少量水银在干净的玻璃板上会收缩成球冠状，而水却会扩展开来?为什么朝霞里青草上会洒满晶莹的露珠?其原因在于液体和固体界面附近分子的相互作用。表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备

2、过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。【实验目的】 1了解液体表面的性质。 2学习力敏变传感器的定标方法。3掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据的方法。【实验仪器】WBM-1A拉脱法液体表面张力实验仪, 水槽，砝码，镊子，吊环，砝码吊盒，游标卡尺【实验原理】表面张力的大小可以用表面张力系数来描述。设想在液面上作一长为的线段，则张力的作用表现在线段两边液面以一定

3、的拉力f相互作用，而且力的方向恒与线段垂直，大小与线段长成正比，即 （1） 式中称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力,其单位为。 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面收缩的表面张力沿液面的切线方向，角称为湿润角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力均垂直向下，设拉起液膜破裂时的拉力为，则有 （2） 式中，为粘附在吊环上的液体的质量，为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 （3）则表面张力系数为： （4）由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，

4、很小可以忽略，于是公式简化为： （5）表面张力系数与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液体的温度越高，值越小，所含杂质越多，值也越小。只要上述这些条件保持一定，值就是一个常数。本实验的核心部分是准确测定，即圆筒形吊环所受到向下的表面张力，我们用WBM-1A型液体表面张力系数测定仪测定这个力。【实验仪器】WBM-1A型液体表面张力系数测定仪主要结构是：1、底板；2、升降台；3、立杆；4、水盒；5、锁紧螺丝；6、霍尔法位移式力敏传感器；7、传感器接口；8、机械调零旋钮；9、吊钩；10、吊环；11、升降旋钮；12、水平调节旋钮；13、功能切换按钮；14、工作指示；15、调零旋钮

5、（如图2所示)。 图2 仪器结构示意图【实验内容】1、实验前的准备（1）、开机预热15分钟；（2）、调节测试台底部三个调节螺钉，使水平仪指示在中心位置； （3）、将金属圆环用无水酒精洗净凉干，此步骤可在预热时完成；2、定标力敏传感器转换系数K （1）、将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上。调节调零电位器旋钮，使数字电压表显示在（之间；并记录初读数（该读数包括砝码盘的重量）。 （2）、在砝码盘中依次加上砝码（自小到大依次操作），记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数，并记入表1。（3）、按砝码盘中的砝码质量依次为的顺序再测量一次，记下相应的电压表读数，然后求出两次测量的各的平均值。（4）、用逐差

6、法求力敏传感器的转换系数。3、测定水的表面张力系数 （1）、将玻璃器皿洗净，盛水后（不要盛得太多）置于测试台的托盘上； （2）、将金属圆环挂在传感器的挂钩上，顺时针转动升降台调节旋钮，使水槽上升，当环下沿接近液面时，仔细调节吊环的悬挂线，使吊环水平，然后把吊环部分浸入液体中，这时候，停顿片刻，待稳定后缓慢地逆时针转动升降台调节旋钮，这时液面逐渐往下降（相对而言即吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象，同时注意电压表读数变化，当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显示拉力峰值记下此刻读数（亦可将仪器面板上的测量按钮设置在峰值测量处，仪器会自动记录峰值读数）。拉断后，等待片刻，

7、待吊环静止后其读数值为，记下这个数值。连续做5次，求平均值。表面张力系数: ( 6 )【数据记录】 1力敏传感器的转换系数：表1 力敏传感器的定标砝码质量增重读数减重读数平均值()()0.001000.002000.003000.004000.005000.006000.007000.00平均值2. 用拉脱法求拉力对应的电子秤读数 水温(室温)_ 测量次数拉脱时最大读数吊环读数表面张力对应读数12345平均值_3. 吊环的内、外直径： 游标卡尺零点读数：_mm测量次数12345平均值内径(mm)外径(mm)【数据处理】1、用逐差法求仪器的转换系数;2、求出内外直径的平均值;3、根据5次测量的 计算；4、误差处理：计算表面张力系数的平均值和不确定度。 5、写出最后结果： 6、从课本后的附表中查出室温下水的表面张力系数的理论值，把实验结果与此值比较求相对不确定度。【注意事项】1、仪器使用前应预热15分钟；2、实验前应清洗容器和吊环； 3、在旋转升降台时，尽量使液体的波