液体表面张力系数的测定讲述.doc

液体表面张力系数的测定 液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样.这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力.它的方向总在液面内（在液面弯曲的情况下，是在液面的切面内）而且垂直于液面上的分界线.如图1所示,利用它能够说明物质液体状态所特有的许多现象.如泡沫的形成、润湿和毛细现象等.在工业生产中的浮选技术、动植物体中液体的运动，土壤中水的运动等都与液体的表面张力有关.测定表面张力的方法很多，本实验采用拉脱法. 一 实验要求 1、学习用焦利秤测量微小力的原理与方法. 2、了解液体表面性质，测定液体的表面张力系数. 二 实验目的 测量给定液体的表面张力系数. 三 实验仪器与用具 焦利秤、金属丝框、玻璃杯、待测液体 四 实验原理 如图1所示，如果想象在液体表面层存在一条分界线MN，分液体表面为A、B两部分，这两部分表面层中的分子存在相互作用的引力和，此二力大小相等，方向相反，垂直于分界线MN，沿着液体表面分别作用在表面层相互接触部分.这一对力叫做液体的表面张力，它正比于表面层分界线的长度，即： （1） 式中比例式中比例系数是表征 表面张力特性的物理量，称为液 体的表面张力系数，数值上等于 沿液体表面作用在单位长度上的 力，单位为牛顿每米（）. 图1 表面张力系数与液体种类、纯度、 温度和它上方的气体成份有关.为了测得液体的表面张力系数，将一表面洁净的U形金属丝框竖直地浸入液体中，令其底面保持水平，然后轻轻提起.由于表面张力的作用，金属丝框四周将带起一部分液膜，液面呈弯曲形状，如图2所示.这时，金属丝框在竖直方向受力为（1）重力mg，m为金属框的质量；（2）向上的拉力下；（3）金属框所受的表面张力，为液体表面与金属框的接触角，考虑很小，，；（4）金属框浸没在液体中部分所受的浮力，为金属框浸没在液体中部分长度，d为金属丝的直径，为待测液体的密度，g为当地的重力加速度；（5）金属框所沾附液体的质量为,为金属框的长度即 ，为液膜拉脱前的高度. 图2 当金属框脱离液体潜力平衡 条件为： （2） （3） 图3 仪器结构如图3所示，在装有水平螺丝(2)的三足座(1)上，竖直装一套筒(4)，套筒顶端装有十分游标(5)，筒内插入刻有毫米刻度尺的金属管(6)，利用旋钮(3)可调节刻度管在套筒中的升降，(7)为弹簧，(8)为带有刻度线的平面镜，(9)为平台，通过旋钮(10)可调节平台的升降. 仪器还附有配件盒，其中有表面张力系数线框（11），小秤盘（12），指示挂钩（13），精制弹簧（7）和九个500mg的片码. 当在弹簧下端砝码盘内加入砝码时，弹簧受力而伸长.由胡克定律知，在弹性限度内对弹簧所施外力F与弹簧伸长量成正比，即： . （4） 式中，K是弹簧的劲度系数，对于一个指定的弹簧而言，K值是一定的.如果我们将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，由（4）式即可算出弹簧的弹性系数K值，这一步骤称为焦利秤的校准.校准后只要测出弹簧伸长量，就可称出弹簧上的外力. 五 实验内容 1、焦利秤的安装与调节 首先从元件盒中轻轻取出弹簧（切忌用力拉弹簧，以免损坏），指示挂钩、砝码盘等按图3所示装上焦利秤，然后，调节三足底座的水平螺丝，使金属杆铅直，这时，指示挂钩应平行于平面镜.调节旋钮3的升降，使“三线重合”（指示挂钩刻线、平面镜刻线、指示挂钩刻线在平面镜中的像线），记下初读数待用. 2、焦利秤校准 每次将0.5g的砝码加入砝码盘中，每加0.5g，调整一次旋钮3，使“三线重合”，分别记下、、、……等各项读数，直加到4.5g为止.再依次减少0.5g砝码，每减少0.5g调整一次旋钮3，使“三线重合”，然后读数，并记录.（注：每次读取值时，都必须调到“三线重合”）.求出相同砝码重量下的两次读数的平均值，再用逐差法处理数据，求得和.，数据表格自拟. 3、测定液体表面张力系数 （1）检查并调整金属线框的直角使之对称，如附图4所示，并用酒精将其仔细擦净，然后用镊子将金属线框挂在指示挂钩下端的小钩上. （2）将盛有待测液体的玻璃皿放 在平台上，转动旋钮10使平台升起， 直到金属线框全部浸入液体中.然 后慢慢地降下平台，使金属线框刚 好在液面上，并做到“三线重合”. 记下此时的读数.此时U形框受 力平衡条件为： （5） 式中N为