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液体表面张力研究报告
对液体表面张力系数测定实验的改进
（邓丹萍，王亚慧，杜庆玉）
指导老师：马国利
（滨州学院物理与电子科学系）
引言
液体表面张力仅存在于极薄的表面层内，是液体表面分子力作用的结果。测量液体表面张力的方法有很多，常用的有拉脱法、毛细血管法、液滴测量法和最大气泡压力法。拉脱法是指测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，从而得到液体表面张力系数。现在实验室多用拉脱法测量液体表面张力。用拉脱法测量液体表面张力对仪器精度要求高。现用硅压阻式力敏传感张力测定仪，正好能满足测量液体表面张力的需要。
实验过程中若金属片为吊环片，可采用一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即：
F=aπ(R1+R2)
其中F为拉脱力，R1和R2为圆环的内经和外径，a为液体表面张力系数。
由于每个力敏传感器的灵敏度有所不同，开始实验要对力敏传感器进行定标，然后通过定标过程中所记录的数据求出传感器的灵敏度k。
原来的实验过程中，首先在玻璃皿内放入被测液体并安放在实验台上；其次用镊子将金属吊环片拉在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属片取下后，调节吊环上的细丝，使吊环与待测液面平行，然后调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将吊环的下沿部分全部浸没与待测液体，然后反向调节升降台，使其液面渐渐下降，这时金属片与液面间形成一层环形液膜，使液面继续下降，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和环形液膜即将拉断后一瞬间数字电压表读数值U2，ΔU=U1-U2,最后将所得数据代入相关公式，求出液体表面张力系数，并与标准值进行比较。
我认为原实验存在以下问题和不足，具体如下：
1.对于液体表面张力系数的测量仪附件吊环水平调试仅凭感觉是否水平，而对于吊环水平的调节仅依赖于三根金属丝，这种方法既原始也不科学且没有判断依据。对实验造成较大误差。
2.原有仪器利用人工控制升降台来改变液面高度，但在旋转过程中，由于手工升降的不稳定性，可能造成液面高度调节过程中水面波动，从而给实验结果造成误差。不仅如此，实验过程中我们需要记录拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和环形液膜即将拉断后一瞬间数字电压表读数值U2，那么我们使用人工手动调节就更不满足这一要求。
3.原有实验仪器只能测量当前室温下水的液体表面张力系数，然而在实际生活和科研中，研究同种液体在不同环境下表面张力系数的变化更有意义。
二.设想与思路
用游标卡尺测量金属圆环的内径为D2=33.04mm，外径D1=34.70
表二、新实验仪器测量数据
测量次数
U1/mV
U2/mV
/mV
f/N
N/m
1
42.7
-0.5
43.2
15.14
71.16
2
42.8
-0.4
43.2
15.15
71.18
3
43.3
-0.5
43.8
15.32
72.01
4
42.7
-0.3
43.0
15.04
70.68
5
42.8
-0.4
43.2
15.12
71.07
6
42.7
-0.5
43.2
15.15
71.20
7
42.3
-0.2
42.5
14.87
69.87
8
42.8
-0.3
43.1
15.10
70.96
当时水温为30℃，自来水的表面张力系数测量值为a=0.07102N/m。查表知，此温度下水的表面张力系数的标准值为a=0.07118N/m我们测量的百分误差为0.22%。测量时间为
同时我们用新的改进装置测量了水温为50℃
表三.改进装置(水温50℃
测量次数
U1/mV
U2/mV
/mV
f/N
N/m
1
41.1
-0.3
41.4
14.50
68.12
2
41.4
-0.6
41.4
14.51
68.17
3
41.2
-0.4
41.2
14.43
67.80
4
41.4
-0.1
41.4
14.51
68.20
5
41.3
-0.3
41.3
14.47
68.01
6
41.3
-0.5
41.3
14.48
68.03
7
41.2
-0.6
41.2
14.45
67.89
8
41.3
-0.2
41.3
14.47
67.93
测量得液体表面张力系数为：a=0.06802N/m。查表知，此温度下水的表面张力系数的标准值为a=0.06792N/m我们测量的百分误差为0.15%。测量时间为下午，无风。
2.原实验仪器测量数据
同时我们还利用原先样式的环，在同一时间进行了测量，测量数
据为：
表四、原实验仪器测量数据
测量次数
U1/mV
U2/mV
/mV
f/N
N/m
1
38.8
-0.2
39.0
13.64
64.12
2
40.4
-0.5
40.9
14.34
67.37
3
40.6
-1.0
4
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