液体表面张力系数的测定

【实验目的】 液体表面张力系数的测定 【实验目的】 1.​ 掌握用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法。 2.​ 学习用读数显微镜测量微小长度。 【实验原理】 当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，这种现象焦润湿。若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，叫不润湿。润湿与不润湿取决于液体、固体的性质，如纯水能完全润湿干净的玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的铜、铁等。润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁程度密切相关，实验中要予以特别注意。 液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直与改直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。 把金属丝AB弯成如图5.2.1-1(a)所示的形状，并将器悬挂在灵敏的测力计上，然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值 （超过此值，膜即破裂），则 应当是金属丝重力 与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为 ，则由 得 (1) 显然表面张力 是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于改分界线。表面张力 的大小与分界线的长度成正比。即 (2) 式中 称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质有关，密度小而易挥发的液体 小，反之 较大；表面张力系数还与杂质和温度有关，液体中掺入某些杂质可以增加 ，而掺入另一些杂质可能会减少 ；温度升高，表面张力系数 将降低。 测定表面张力系数的关键是测量表面张力 。用普通的弹簧称是很难迅速测出液膜即将破裂时的 的，应用焦力氏称则克服了这一困难，可以方便地测量表面张力 。 【实验仪器】 焦利氏称由固定在底座上的秤框、可升降的金属杆和锥形弹簧秤等部分组成，如图5.2.1-2所示。在秤框上固定由下部可调节的载物平台、作为平衡参考点用的玻璃管和作弹簧伸长量读数用的游标；升降杆位于秤框内部，其上部有刻度，用以读出高度，框顶端带有螺旋，供固定锥形弹簧秤用，杆的上升和下降由位于秤框下端的升降钮控制；锥形弹簧秤由锥形弹簧、带小镜子的金属挂钩及砝码盘组成。带镜子的挂钩从平衡指示玻璃管内穿过，且不与玻璃管相碰。 焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同：普通弹簧秤是固定上端，通过下端移动的距离来称衡，而焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来秤衡。其次，为了克服因弹簧秤自重引起弹性系数的变化，把弹簧做成锥形。由于焦力氏秤的特点，在使用中应保持让小镜中的指示横线、平衡指示玻璃管上的刻度线及其在小镜中的像三者对齐，简称为三线对齐，作为弹簧下端的固定起算点。 【实验步骤】 1.​ 把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝，使秤框垂直，小镜子应正好位于玻璃管中间，挂钩上下运动时不至与管摩擦。 2.​ 逐次在砝码盘内放入砝码，调节升降钮，做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。用逐差法和作图法计算出弹簧的劲度系数。 3.​ 测量自来水的表面张力系数 4.​ 用钢板尺测量金属圈的直径和金属丝两脚之间的距离 。 5.​ 取下砝码，在砝码盘下挂上已清洗过的金属圈，仍保持三线对齐，即下升降杆读数 。 6.​ 把盛有自来水的烧杯放在焦利氏秤平台上，调节平台的微调螺丝和升降钮，使金属圈浸入水面以下。 7.​ 缓慢地旋转平台微调螺丝和升降钮，注意烧杯下降和金属杆上升时，始终保持三线对齐。当液膜刚要破裂时，记下金属杆的读数。测量3次，取平均，计算自来水的表面张力系数和不确定度。 8.​ 测量肥皂水的表面张力系数 用金属丝代替金属圈，重新确定弹簧的起始位置 ,测量步骤同2。 【预习思考】 焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？ 【复习思考题】 1.​ 焦利氏秤的弹簧为什么做成锥形？ 2.​ 表面张力与哪些因素有关?实验中应注意哪些地方才能减小误差? 3.​ 液体表面张力产生的原因。