用拉脱法测定液体表面张力系数

用拉脱法测定液体表面张力系数 液体表层厚度约 内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备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。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 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法，计算该传感器的灵敏度。 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行和研究，加深对物理规律的认识。 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。 【实验原理】 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 （1） 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 （2） 比例系数 称为表面张力系数，单位是 。 在数值上等于单位长度上的表面张力。式中 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。 （3） 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄， 很小可以忽略，于是公式简化为： （4） 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 型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。 【实验仪器】 型液体的表面张力系数测定仪主要结构是：1、底座；2、立柱；3、横樑；4、压阻力敏传感器；5、数字式毫伏表；6、有机玻璃器皿（连通器）；7、标准砝码（砝码盘）；8、圆筒形吊环。 【实验】 1、开机预热 分钟。 2、清洗有机玻璃器皿和吊环。 3、在有机玻璃器皿内放入被测液体。 4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。 5、若整机已预热 分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先读取电子秤的初读数 （该读数包括砝码盘的重量），（注：对于加有调零装置的仪器，可以通过调节机箱后面的调零旋钮，使初读数为零）。然后每加一个 砝码，读取一个对应数据 ，记录到表格中，注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。用逐差法求力敏传感器的转换系数 。 6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，读取一个对应数据 ，在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，逆时针转动活塞调节旋钮，使液体液面上升，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，按下面板上的按钮开关，仪器功能转为峰值测量，接着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮，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。当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显示拉力峰值 并自动保持该数据。拉断后，释放按钮开关，电压表恢复随机测量功能，静止后其读数值为 ，记下这个数值。连续做 次，求平均值。 表面张力系数 【数据记录】 1．用逐差法求仪器的转换系数 数据记录表格 先记录砝码盘等作为初读数 ，然后每次增加一个砝码 ，（该标准砝码符合国家标准，相对误差为 ） 砝码质量 增重读数 减重读数 等间距逐差: 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 对应的电子秤的 读数，则 2. 用拉脱法求拉力对应的电子秤读数 水温(室温)________________℃ ， 电子秤初数 ________________ 测量次数 拉脱时最大读数 吊环读数 表面张力对应读数 1 2 3 4 5 平均值 __________________ 3.吊环的内、外直径： 单位： 测量次数 1 2 3 4 5 平均值 内径 外径 4.计算 及不确定度： 5.从附录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误差，并与实验值 对比对实验结果进行分析。