用拉脱法测量液体表面的张力系数PPT徐永祥.pptVIP

用拉脱法测量液体表面的张力系数 背景知识 液体跟气体接触的界面存在一个薄层，叫做表面层。表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部分子间距大，分子间的相互作用表现为引力。这种引力使液体表面自然收缩，犹如张紧的弹簧薄膜。由液体表面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。正是因为这种张力的存在，才使得有些小昆虫能够无拘无束地在水面上行走自如。 液体表面张力是液体的一个重要物理性质, 它在工农业生产、医学、物理化学等领域的科学研究和日常生活中有着重要的应用。如工业技术中的浮选技术和液体输送技术、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。在工农业生产活动中, 液体表面张力有时是不利的。例如, 在农作物喷灌和叶面施肥时, 如果温度太低, 液体在农作物叶面上收缩成球型影响叶面对液体的吸收, 因此考虑在适当的温度条件下作业, 以减小液体的表面张力的大小。 常用的有拉脱法[1,3] 、毛细管升高法、液滴高度法、最大气泡压力法、U形管法等。本实验采用拉脱法测量，它属于一种直接测定方法。 【实验仪器】 焦利秤、门形框、游标卡尺、玻璃烧杯、温度计、砝码、被测液体(纯净水、自来水、热水等)。 【实验原理】 如果液体表面被长度为l的直线分成两部分，这两部分之间的相互作用力F就是液体的表面张力。 拉脱法是一种直接测定液体表面张力的方法。 将一个内宽为s的门形金属框垂直悬吊浸于待测液体中，缓慢、均匀地拉起，此时在金属框附近的液面会产生一个沿着液面的切线方向的表面张力F，由于表面张力的作用，金属框四周将带起一个水膜，水膜呈弯曲形状，如图3所示。液体表面的切线与金属丝表面的切线之间的夹角Ф称为接触角。 当将金属丝缓慢拉出水面时，表面张力F的方向将随着液面方向的改变而改变，接触角逐渐减小而趋近于零，因此F的方向趋近于竖直向下。 取门形框所经过的两个特殊位置作分析。 同时考虑到液膜有两个表面，于是液体的表面张力F为 E 为固定在金属套管A上一侧刻有刻线的玻璃圆筒，D为挂在弹簧S下端的两头带钩的小平面镜，镜面上有一刻线。实验时，使玻璃圆筒E上的刻线、小平面镜上的刻线、E上的刻线在小平面镜中的象，三者始终重合，简称“三线对齐”。 C为一平台，转动其下端的螺钉时平台C可升降但不转动。 焦利秤与一般弹簧秤差别：一般的弹簧秤都是上端固定，在下端加负载后向下伸长；而焦利秤是控制弹簧下端的位置保持一定，加负载后向上拉动弹簧确定伸长量。弹簧的伸长量由主尺和游标确定（即伸长前后两次读数之差值）。 分析测量结果的相对误差及不确定度 不确定度： * * 制作人：徐永祥 测定液体表面张力的方法: 【实验目的】 1、了解液体表面的性质，测定液体的表面张力 系数。 2、学习乔利秤测量微小力的原理和方法。 3、学会逐差法、作图法、累加法等数据处理方法，并会作不确定度分析。 F’’ F l 图 1 表面张力示意图 F垂直于直线l，并与表面相切，大小为F=σl，比例系数σ是液体的表面张力系数，单位为N/m，表示单位长度的线段l上受到的表面张力。如果能测出F和l，就可以算出表面张力系数σ。 影响液体表面张力系数的因素： 液体的类别：不同的液体，表面张力系数不同。密度越小、越容易挥发的液体，其表面张力系数越小。 温度：表面张力系数随温度的升高而减小。解释：当液体温度升高, 分子的平均动能势必增大. 所以, 液体表面层分子平均密度更小, 平均距离更大. 分子的平均引力优势反而减小. 因此, 随着温度升高液体的表面张力反而减小。此外，纯净水的表面张力系数与温度呈近似的线性关系。 杂质：同一种液体，加入杂质后可促使液体表面张力系数增大或减小。一般而言，醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性剂，比水的表面张力系数小得多。 图 2 接触角示意图 Ф F 图3（a）金属丝框紧贴水面位置 T2 F浮 W 1. 门形框紧贴水面位置 此时门形框在下述力的作用下达到平衡：竖直向下的重力W、向上的拉力T2、液体的浮力F浮，如图3（a），于是，有 (1) 图3 (b) 水膜刚脱落的瞬间 F浮 W T1 F张力 G膜 2. 水膜刚被拉破的瞬间 液膜破裂的瞬间门形框受下述力作用而平衡：竖直向下的重力W、向上的拉力T1、液体的浮力F浮、液膜的重力G、竖直向下的张力F，有： (2) 式中，m0、m膜分别为门形框和液膜的质量， d为金属丝的直径、h表示液膜的高度、S表示液膜破裂的瞬间游标零线所指示的读数。 ( 3 ) ( 4 ) 由(1)、(2)和(3)得到：