【2017年整理】实验一液体的表面张力系数测量.doc

实验一 液体的表面张力系数测量 液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数。测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一，拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚。用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1x10-3至1x10-2N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器。硅压阻式力敏传感器张力测定仪能满足测量液体表面张力的需要。 一、实验目的 1． 掌握用拉脱法测量室温下水的表面张力系数 （1-1） 式中，为脱离力，分别为圆环的外径和内径,为液体的表面张力系数,国际制中单位为牛顿/米，记为，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力的大小。 硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。即 （1-2） 式中，为外力的大小，为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，为传感器输出电压的大小。 四、实验装置 图一为实验装置图。其中，液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表。其它装置包括铁架台、微调升降台、装有力敏传感器的固定杆，盛液体的玻璃皿和圆环型吊片。实验证明，当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时，运用公式（1）测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。 五、实验内容及步骤 1．力敏传感器的定标 每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标。步骤如下： 打开仪器的电源开关，将仪器预热。若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻。 在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。 在砝码盘上分别加0.5g,1.0g,1.5g,2.0g,2.5g,3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力作用下，数字电压表的读数值。 用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度K及相关系数r。 2．环的清洁与测量 1）用游标卡尺测量金属圆环的外径和内径。 2）环的表面状况与测量结果有很大的关系。实验前应将金属环状吊片在溶液中浸泡20—30秒，然后用清水洗净。 3．测量液体的表面张力系数 1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行。如果不平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。 2）调节容器下面的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反相调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成以环形液膜，继续下降液膜，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值， 3）换另一个玻璃器皿，测量乙醇的表面张力系数，重复1）和2），。（表格自拟） 4．将实验数据代入式（10-1）和（10-2），求出液体的表面张力系数，并与标准值进行比较。 传感器灵敏度的定标 重力加速度g= 9.783 m/S2 砝码质量/g 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 输出电压/mV 经最小二乘法拟合得K= mV/N , 拟合的线性相关系数r= 2.水的表面张力系数的测量 金属环外径 D1= cm 内径D2= cm 水的温度： 测量次数 U1/mV U2/mV /mV 1 2 3 4 5 平均值： 附：水的表面张力系数的标准值： 0.07422 0.07349 0.07275 0.07197 0.07118 水的温度 10 15 20 25 30 注意事项 1、吊环水平须调节好，注意偏差，测量结果引入误差为0.5%；偏差，则 误差1.6%。 2、在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。 3、在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻。 4、在玻璃器皿内放入被测液 体并安放在升降台上。 74 图1-1 液体表面张力测定装置