水表面张力系数的测定实验报告.docVIP

大连理工大学 成绩 教师签字 大学物理实验报告 院（系）材料学院专业材料物理班级0705 姓名童凌炜学号200767025实验台号 实验时间2008年12月03日，第15周，星期三第5-6节 实验名称水表面张力系数的测定 教师评语 实验目的与要求： 理解表面张力现象。 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 主要仪器设备： FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。 实验原理和内容： 分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示 对液体表面张力的理解和解释： 在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。 计算张力时可以做如下的假设：想象在表面层上有一条长度为L的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=αL（α为液体表面张力系数）。 实验中，首先吊环是浸润在水中的，能够受到表面张力的拉力作用。 测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力，吊环一共受到三个力，即重力W、液面的拉力f拉、传感器的弹力F 试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的f拉，就是表面张力f。 圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内、外直径分别为D1、D2,则界限长度 L=πD1+πD2。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有 水膜被拉断前传感器受力F1 在水膜拉断后传感器受力F2 由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为 步骤与操作方法： （1）力敏传感器的定标 开机预热10分钟。 将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。得到U-G关系，完成传感器的定标。 （2）水的表面张力及吊环内外径的测量 测量吊环的内径D1和外径D2（各测量4次取平均）。 严格处理干净吊环。先用NaOH溶液洗净，再用清水冲洗干净。 在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要，细微的水平位置偏差将导致结果出现误差）。 升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象，记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V1和拉断后的电压表读数V2（该步骤重复8次）。 数据记录与处理： 以下为测量所得的直接数据 仪器的定标 na 0 1 2 3 4 5 6 7 V/mV 0.0 16.9 33.7 50.6 67.5 84.0 101.3 117.6 m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 nb 7 6 5 4 3 2 1 0 V/mV 117.6 101.1 84.3 67.0 49.9 33.1 16.1 -0.5 m/g 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 表面张力-电压的测量 n 1 2 3 4 5 6 7 8 V1/mV 97.6 96.6 96.4 95.3 95.4 96.8 94.9 95.7 V2/mV 46.2 46 45.9 45.8 45.7 45.7 45.7 45.6 圆环的内外径 n 1 2 D1/mm 34.8 34.8 D2/mm 33.2 33.2 结果与分析： 张力仪的定标 从已知数据，令，，得到一下结果 avgV/mV -0.250 16.500 33.400 50.250 67.250 84.150 101.200 117.600 F/N 0.000000 0.004901 0.009801 0.014702 0.019602 0.024503 0.029403 0.034304 设两者存在关系V=kF，使用LINEST函数直接对数据进行直线拟合，得到 k=3444.01203 接下来使用MLS计算Uk： avgV_all =58.763 　 Vi-k*Fi -0.250 -0.377 -0.355 -0.382 -0.260 -0.237 -0.064 -0.542 Δv^2 0.0625 0.1424 0.1259 0.1460 0.0674 0.0561 0.0041 0.2934 SUMΔv^2 =0.8978mv2 　 Sv =0.358133547 　 Fi^2 0.000000 0.000024 0.000096 0.000216 0.000384 0.000600 0.000865 0.001177 SUMFi^2 0.003362 　 Uk=Sk*t