FB326型表面張力實(shí)驗(yàn)講義(2011.10).doc

液體表面張力系數(shù)測(cè)定（FB326型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀）實(shí)驗(yàn)講義杭州精科儀器有限公司用拉脫法測(cè)定液體表面張力系數(shù)液體表層厚度約內(nèi)的分子所處的條件與液體內(nèi)部不同，液體內(nèi)部每一分子被周圍其它分子所包圍，分子所受的作用力合力為零。由于液體表面上方接觸的氣體分子，其密度遠(yuǎn)小于液體分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向內(nèi)的引力要小得多，也就是說(shuō)所受的合力不為零，力的方向是垂直與液面并指向液體內(nèi)部，該力使液體表面收縮，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。因此，在宏觀上，液體具有盡量縮小其表面積的趨勢(shì)，液體表面好象一張拉緊了的橡皮膜。這種沿著液體表面的、收縮表面的力稱為表面張力。表面張力能說(shuō)明液體的許多現(xiàn)象，例如潤(rùn)濕現(xiàn)象、毛細(xì)管現(xiàn)象及泡沫的形成等。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中常常要涉及到液體特有的性質(zhì)和現(xiàn)象。比如化工生產(chǎn)中液體的傳輸過(guò)程、藥物制備過(guò)程及生物工程研究領(lǐng)域中關(guān)于動(dòng)、植物體內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)與平衡等問(wèn)題。因此，了解液體表面性質(zhì)和現(xiàn)象，掌握測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法是具有重要實(shí)際意義的。測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法通常有：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測(cè)重法等。本實(shí)驗(yàn)僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測(cè)定法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 了解 型液體的表面張力系數(shù)測(cè)定儀的基本結(jié)構(gòu)，掌握用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行定標(biāo)的方法，計(jì)算該傳感器的靈敏度。2觀察拉脫法測(cè)液體表面張力的物理過(guò)程和物理現(xiàn)象,并用物理學(xué)基本概念和定律進(jìn)行分析和研究,加深對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)。3掌握用拉脫法測(cè)定純水的表面張力系數(shù)及用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】如果將一潔凈的圓筒形吊環(huán)浸入液體中，然后緩慢地提起吊環(huán)，圓筒形吊環(huán)將帶起一層液膜。使液面收縮的表面張力沿液面的切線方向，角稱為濕潤(rùn)角（或接觸角）。當(dāng)繼續(xù)提起圓筒形吊環(huán)時(shí)，角逐漸變小而接近為零，這時(shí)所拉出的液膜的里、外兩個(gè)表面的張力均垂直向下，設(shè)拉起液膜破裂時(shí)的拉力為，則有 （1） 式中，為粘附在吊環(huán)上的液體的質(zhì)量，為吊環(huán)質(zhì)量，因表面張力的大小與接觸面周邊界長(zhǎng)度成正比，則有 （2）比例系數(shù)稱為表面張力系數(shù)，單位是。在數(shù)值上等于單位長(zhǎng)度上的表面張力。式中為圓筒形吊環(huán)內(nèi)、外圓環(huán)的周長(zhǎng)之和。 （3）由于金屬膜很薄，被拉起的液膜也很薄，很小可以忽略，于是公式簡(jiǎn)化為： （4）表面張力系數(shù)與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，液體的溫度越高，值越小，所含雜質(zhì)越多，值也越小。只要上述這些條件保持一定，值就是一個(gè)常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)的核心部分是準(zhǔn)確測(cè)定，即圓筒形吊環(huán)所受到向下的表面張力，用型液體的表面張力系數(shù)測(cè)定儀測(cè)定這個(gè)力?！緦?shí)驗(yàn)儀器】型液體的表面張力系數(shù)測(cè)定儀主要組成有：底座；立柱；傳感器固定支架；壓阻力敏傳感器；數(shù)字式毫伏表；有機(jī)玻璃液體容器（連通器）；標(biāo)準(zhǔn)砝碼（砝碼盤）；圓筒形吊環(huán)。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1開機(jī)預(yù)熱分鐘。2清洗有機(jī)玻璃器皿和吊環(huán)。3在有機(jī)玻璃器皿內(nèi)放入被測(cè)液體。4將砝碼盤掛在力敏傳感器的鉤上。5若整機(jī)已預(yù)熱分鐘以上，可對(duì)力敏傳感器定標(biāo)，在加砝碼前應(yīng)首先讀取電子秤的初讀數(shù)（該讀數(shù)包括砝碼盤的重量），（注：對(duì)于加有調(diào)零裝置的儀器，可以通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)箱后面的調(diào)零旋鈕，使初讀數(shù)為零）。然后每加一個(gè)砝碼，讀取一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，記錄到表格中，注意安放砝碼時(shí)動(dòng)作要應(yīng)盡量輕巧。用逐差法求力敏傳感器的轉(zhuǎn)換系數(shù)。6換吊環(huán)前應(yīng)先測(cè)定吊環(huán)的內(nèi)外直徑，然后掛上吊環(huán)，讀取一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，在測(cè)定液體表面張力系數(shù)過(guò)程中，可觀察到液體產(chǎn)生的浮力與張力的情況與現(xiàn)象，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)旋鈕,使液體液面上升，當(dāng)環(huán)下沿接近液面時(shí)，仔細(xì)調(diào)節(jié)吊環(huán)的懸掛線，使吊環(huán)水平，然后把吊環(huán)部分浸入液體中，這時(shí)候，按下面板上的按鈕開關(guān)，儀器功能轉(zhuǎn)為峰值測(cè)量，接著緩慢地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)旋鈕，這時(shí)液面逐漸往下降（相對(duì)而言即吊環(huán)往上提拉），觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過(guò)程和現(xiàn)象。當(dāng)?shù)醐h(huán)拉斷液柱的一瞬間數(shù)字電壓表顯示拉力峰值并自動(dòng)保持該數(shù)據(jù)。拉斷后，釋放按鈕開關(guān)，電壓表恢復(fù)隨機(jī)測(cè)量功能，靜止后其讀數(shù)值為，記下這個(gè)數(shù)值。連續(xù)做次，求平均值。那么表面張力： 表面張力系數(shù)： 【數(shù)據(jù)與結(jié)果】1用逐差法求儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù)：數(shù)據(jù)記錄表格先記錄砝碼盤等作為初讀數(shù)，然后每次增加一個(gè)砝碼，（該標(biāo)準(zhǔn)砝碼符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)誤差為）砝碼質(zhì)量增重讀數(shù)減重讀數(shù)等間距逐差: 對(duì)應(yīng)的電子秤的讀數(shù),則2用拉脫法求拉力對(duì)應(yīng)的電子秤讀數(shù)：水溫(室溫)_, 電子秤初數(shù)_測(cè)量次數(shù)拉脫時(shí)最大讀數(shù)吊環(huán)讀數(shù)表面張力對(duì)應(yīng)讀數(shù) 12345平均值_3測(cè)量吊環(huán)的內(nèi)、外直徑： （單位：）測(cè)量次數(shù)12345平均值內(nèi)徑外徑4計(jì)算及不確定度： 5從附錄中查出室溫下水的表面張力系數(shù)的理論值,把實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此值比較求相對(duì)誤差,并與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析?！舅伎碱}】1. 什么叫表面張力? 表面張力系數(shù)與哪些因素有關(guān)?2. 在推導(dǎo)測(cè)量公式3時(shí),作了哪些近似?式中各量的物理意義是什么?3. 拉脫法的物理本質(zhì)是什么?4. 若考慮拉起液膜的重量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)如何修正?【附錄一】FB326型液體的表面張力系數(shù)測(cè)定儀說(shuō)明書一、儀器組成及技術(shù)指標(biāo)：1硅壓阻力敏傳感器（1）受力量程：（2）靈敏度：約（用砝碼質(zhì)量作單位定標(biāo)）（3）非線性誤差：（4）供電電壓：可調(diào)直流恒流源 2測(cè)量?jī)x器（1）讀數(shù)顯示： 三位半數(shù)字電壓表（2）調(diào)零：手動(dòng)多圈電位器（3）連接方式：芯航空插頭3力敏傳感器固定支架、底板及水平調(diào)節(jié)裝置4吊環(huán)：外徑 ,內(nèi)徑,高的鋁合金吊環(huán)。 5容積有機(jī)玻璃連通器一套,活塞面積6砝碼盤及砝碼只,精度 。7外型尺寸（1）支架及底盤尺寸：（mm）（2）儀器外形尺寸：（mm）8用本儀器測(cè)量水等液體的表面張力系數(shù)的誤差二、整機(jī)使用注意事項(xiàng)：1吊環(huán)須嚴(yán)格處理干凈。可用溶液洗凈油污或雜質(zhì)后，用清潔水沖洗干凈，并用熱吹風(fēng)烘干。2吊環(huán)水平須調(diào)節(jié)好，注意偏差，測(cè)量結(jié)果引入誤差為；偏差，則誤差3儀器開機(jī)需預(yù)熱分鐘。4在調(diào)節(jié)液面升降活塞時(shí)，速度要緩慢,盡量減小液體的波動(dòng)。5工作環(huán)境應(yīng)避免風(fēng)吹，以免吊環(huán)擺動(dòng)致使零點(diǎn)波動(dòng)，造成所測(cè)系數(shù)不準(zhǔn)確。6若液體為純凈水。在使用過(guò)程中防止灰塵和油污及其它雜質(zhì)污染。特別注意手指不要接觸被測(cè)液體。7力敏傳感器使用時(shí)用力不宜大于。過(guò)大的拉力傳感器容易損壞。8實(shí)驗(yàn)結(jié)束須將吊環(huán)用清潔紙擦干，用清潔紙包好，放入干燥缸內(nèi)。三、使用步驟：1清洗有機(jī)玻璃器皿和吊環(huán)。2在有機(jī)玻璃器皿內(nèi)放入被測(cè)液體。3開機(jī)預(yù)熱分鐘。4將砝碼盤的掛鉤掛在力敏傳感器的小孔中。5對(duì)力敏傳感器定標(biāo)，在加砝碼前應(yīng)首先對(duì)儀器調(diào)零，安放砝碼時(shí)應(yīng)盡量輕。6換吊環(huán)前應(yīng)先測(cè)定吊環(huán)的內(nèi)外直徑，然后掛上吊環(huán)，在測(cè)定液體表面張力系數(shù)過(guò)程中，可觀察到液體產(chǎn)生的浮力與張力的情況與現(xiàn)象，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)旋鈕,液體液面上升，當(dāng)環(huán)下沿部分均浸入液體中時(shí)，按下峰值測(cè)量開關(guān)，接著順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)活塞調(diào)節(jié)旋鈕，這時(shí)液面往下降（相對(duì)而言即吊環(huán)往上提拉），觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過(guò)程和現(xiàn)象。特別應(yīng)注意吊環(huán)即拉斷液柱一瞬間數(shù)字電壓表顯示讀數(shù)值為，記錄該數(shù)值。接著釋放按鈕開關(guān)，這時(shí)，數(shù)字電壓表讀數(shù)為（吊環(huán)重量），記下這兩個(gè)數(shù)值。7. 也可以用長(zhǎng)、短門形金屬片做實(shí)驗(yàn)，為消除邊緣效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，可采用長(zhǎng)金屬片的數(shù)據(jù)減去短金屬片的數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)，剩下的數(shù)據(jù)就是金屬片中段的數(shù)據(jù)，可能會(huì)減少實(shí)驗(yàn)誤差。實(shí)驗(yàn)步驟自擬。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例：1硅壓阻力敏傳感器定標(biāo) ：力敏傳感器上分別加各種質(zhì)量砝碼，測(cè)出相應(yīng)的電壓輸出值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表。用逐差法求儀器的轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)據(jù)記錄表格：先記錄砝碼盤等作為初讀數(shù) ，然后每次增加一個(gè)砝碼，（該標(biāo)準(zhǔn)砝碼符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)誤差為） 表砝碼質(zhì)量500.001000.001500.002000.002500.003000.003500.00輸出電壓152170189207231251287輸出電壓2038577599119155用逐差法