液体表面张力系数的测量实验

实验六液体表面张力系数的测定【目的】1．用片码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法。2．学会用拉脱法测量纯水和其它液体的表面张力系数。【器材】FD-NST-B型液体表面张力系数测定仪，铝合金吊环，玻璃器皿，镊子，片码。【仪器简介】FD-NST-B型液体表面张力系数测量实验仪主要由实验装置和实验主机以及吊环、片码等配件组成，如图1所示。图1液体表面张力系数测定仪装置【原理】液体表面存在着使液面收缩到最小趋势的表面张力，若在液体表面划一长为L的线段，则线段两边的液面均有一个与液面相切且垂直于线段的表面张力f，其大小与线段长度L成正比，即Lf（1）式中称为液体的表面张力系数，单位为NM-1，在数值上等于单位长度上的表面张力。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。将内径为D1，外径为D2的金属吊环悬挂在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起吊环，吊环就会拉起一个与液体相连的水柱。由于表面张力等力的作用，传感器上的拉力逐渐达到最大值然后开始下降，假设拉脱前瞬间拉力为F。则F应当是金属环重力G与水柱拉引金属环的表面张力f之和，即fGF（2）由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有)(21DDf（3）图2液膜拉破前瞬间的受力分析图所以液体的表面张力系数为：)](/[21DDf（4）表面张力的数值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。本实验用FD-NST-B型液体表面张力系数测定仪进行测量。FD-NST-B型液体表面张力系数测定仪用到的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示。若力敏传感器拉力为F时，数字式电压表的示数为U，则有BUF（5）式中B表示力敏传感器的灵敏度，单位V/N。吊环拉断液柱的前一瞬间，吊环受到的拉力为fGF；拉断后，吊环受到的拉力为GF。若吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值为U1，拉断后的数字电压表读数值为U2，则有BUUFFf21（6）故表面张力系数为BDDUUDDf)()(212121（7）【步骤】1．测定硅压阻力敏传感器灵敏度B（1）插上硅压阻力敏传感器，并开机预热15～20分钟。（2）将力敏传感器转至水容器外部，这样取放片码比较方便。将吊环挂在力敏传感器的钩上，在加片码前应首先对仪器数字电压调零，安放片码时应尽量轻。（3）在吊环上分别加上0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5克片码，依次读出相应的电压输出值U。（4）根据/FUB，此时F为片码重量，则/BUF，求得相应的B值以及7次测量的平均值B。2.测定液体的表面张力系数α（1）将待测液体倒入玻璃器皿后，将玻璃器皿放入实验圆筒内。（2）取下吊环，将力敏传感器转至水容器正上方。挂上吊环，反复挤压橡皮球使外部液体液面上升，当环下沿部分均浸入待测液体中时，松开橡皮球的阀门，这时液面往下降，应特别注意记下吊环拉断液柱前一瞬间的数字电压表读数值U1和拉断后的数字电压表读数U2。（3）根据方程BUUf/)(21可得吊环内外表面的总表面张力，再根据方程)](/[21DDf可得液体的表面张力系数。（4）重复步骤（2）（3），总共测6次。计算出6次测量的表面张力系数平均值。（5）测出液体的温度T，可从附表6-1中查出与T相对应的水的表面张力系数T作为公认值，求出实验结果的绝对误差和相对误差。【数据记录与处理】1．求硅压阻力敏传感器灵敏度南京地区重力加速度g=9.795m/s2物体质量m（g）0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500输出电压U（mV）灵敏度B(mV/N)BmV/N2．水和其它液体表面张力系数的测量D1=3.500cm,D2=3.334cm,T=℃,BmV/N测量次数U1(mV)U2(mV)U(mV)f(10-3N)(10-3N/m)123456=N/m查表T=N/m绝对误差=N/m相对误差E=%【思考题】1．为什么吊环拉起的水柱的表面张力为)(21DDf？2．为什么在吊环被拉起直至拉脱的过程中，传感器上的拉力先升后降？【注意事项】1．仪器开机需预热15分钟；2．特别注意手指不要接触被测液体；3．力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N，以免损坏传感器；4.实验室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，导致所测数据不准确。附表表6-1不同温度下纯水的表面张力系数(310/Nm)T(°C)0123456789075.6275.4875.3475.1975.0574.9074.7674.6374.4874.341074.2074.0773.9273.7873.6473.4873.3473.2073.0572.892072.7572.6072.4472.2872.1271.9671.8071.6371.4771.323071.1570.9970.8370.6670.5070.3470.1970.0369.8669.70当温度出现在某两度之间时，用内插法求出水的表面张力系数（见实验五附表说明）（校核武继文）