液体表面张力系数的测量

液体表面张力系数的测量【实验目的】1．学习用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数；2．熟悉FD—NST—I型液体表面张力系数测定仪的使用方法；3．学习力敏传感器的定标方法。【实验仪器】FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、片码、铝合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子调零旋钮环状金属吊片数字电压表1、表面张力的相关基础知识1.1表面与表面层：液体表面:液体与气体或固体的接触面。【实验原理】Waterdropwaterrmr810r液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层。1.2生活中液体表面现象举例：液体具有尽可能缩小其表面的趋势，在宏观上，液体表面就好像是一张拉紧了的弹性膜，处在沿着表面的并使表面具有收缩趋势的张力作用之下，这种张力叫做液体的表面张力。斥力引力斥力引力斥力=引力rr0r=r0rr0r分子作用球半径无分子力分子作用球半径：r=10-8m(平衡位置:r0=10-10m)r1.3表面张力产生的原因（从分子间的相互作用力f）：空气液体ACB表面层A是液内分子；B和C是液体表面层分子。液内分子A受力分析：A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0表面层分子B和C的受力分析：处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。1.4表面张力系数的定义（两个角度）fllf)/(mNlf由于液面处于紧张状态，在液面上存在着起收缩作用的表面张力。这些表面张力都与液面相切，并且与线段AB垂直；它们大小相等，方向相反，分别作用在两部分液面上。实验表明:表面张力的大小正比于线段AB的长度。★表面张力系数定义1：ffABl液体薄膜ABCDf2l★表面张力系数定义2：lf2平衡时：*表面张力系数：lf2（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。（2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。（3）与液体的纯度有关。（4）与相邻的介质有关。1.5表面张力系数与表面能：l液体薄膜ABCDF2lf△xΔS增加单位表面积所作的功：SWxlxf2lf2D′C′).(222mJll表面张力系数等于液体增加单位表面积所作的功。【实验原理】2、表面张力的测定将一表面洁净，外径为D1，内径为D2的金属圆环竖直的浸入水中，缓慢将其从水中拉起，液膜破裂前后圆环受力分析如下：拉脱前拉脱后T1T2mg(mg)’W1W2F环状金属吊片液膜T1、T2为向上的作用力，W1、W2为环金属吊片所受重力和浮力之差，因为环状金属吊片在脱离液体表面前就已经离开了液体表面，W1≈W2。mg、（mg)’为液膜所受的重力，mg≈（mg)’,T1、T2之差就是表面张力F。据表面张力系数的定义有：)(2121DDTTLF我们用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。当拉力为F时，数字式电压表的示数为U。1212()UUBDD若吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值为U1（对应T1），拉断时瞬间数字电压表的读数值为U2（对应T2），则有1212UUFTTB（B传感器灵敏度系数）故表面张力系数为：【实验内容及步骤】1．开机预热15分钟2．仪器调零3.在力敏传感器上加不同质量的砝码，测出相应的电压输出值，计算灵敏度系数。一、力敏传感器定标UBmg砝码质量mi/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500重力Fi(10-3N)4.8979.79414.69119.58824.48529.38234.279电压Ui/mV二、蒸馏水的表面张力系数的测定1.环状金属吊片的内外直径的测量和清洁◆测量金属圆环的内外直径D1、D2（6～10次取平均)◆清洗环状金属吊片和器皿2.测定水的表面张力系数①.将盛水的玻璃器皿放在平台上，并将洁净的吊环挂在力敏传感器的小钩上，并对电压表清零；n1234567D1/mmD2/mm②.以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当圆环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动，这时液面往下降（或者说相对圆环往上提起），观察圆环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。圆环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值为U1，拉断时瞬间数字电压表的读数为U2，重复测量6次。计算表面张力系数。测量次数U1(mV)U2(mV)U(mV)f(10-3N)ɑ((10-3N/m)123456三、实验数据处理●由公式可计算得到：α1,α2,α3,α4,α5，α6●求其平均值：12i12(UU)FLB(DD)1=2566●读取温度计的液体温度T，查表（书中第312页）找出环境温度下的表面张力系数标准值α0。●α的平均值与α0作百分差运算。P100%00=【思考题】1.实验前，为什么要清洁吊环？2.为什么吊环拉起的水柱的表面张力为？)(21DDf3.当吊环下沿部分均浸入液体中后，旋转大螺帽使得液面往下降，数字电压表的示数如何变化？【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，并用热吹风烘干。2.必须使吊环保持竖直，以免测量结果引入较大误差。3.在旋转升降台时，尽量不要使液体产生波动。4.玻璃器皿放在平台上，调节平台时应小心、轻缓，防止打破玻璃器皿。5.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。6.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。7.实验结束后须将吊环用清洁纸擦干并包好，放入干燥缸内。