水-蒸汽給熱系數(shù)的測定實驗報告

水-蒸汽給熱系數(shù)的測定實驗報告

第二篇：水表面張力系數(shù)的測定實驗報告3300字大連理工大學大學物理實驗報告院（系）材料學院專業(yè)材料物理班級0705姓名童凌煒學號200767025實驗臺號實驗時間2008年12月03日，第15周，星期三第5-6節(jié)實驗名稱水表面張力系數(shù)的測定教師評語實驗目的與要求：（1）理解表面張力現(xiàn)象。（2）用拉脫法測定室溫下水的表面張力系數(shù)。主要儀器設備：FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測定儀、砝碼、鑷子及其他相關玻璃器皿。實驗原理和內(nèi)容：分子間的引力和斥力同時存在，它們以及它們合力的大小隨著分子間的距離的變化關系如圖所示對液體表面張力的理解和解釋：在液體和氣體接觸的表面有一個薄膜，叫做表面層，其宏觀上就好像是一張繃緊了的橡皮膜，存在沿著表面并使表面趨于收縮的應力，這種力稱為表面張力。計算張力時可以做如下的假設：想象在表面層上有一條長度為L的分界線，則界限兩端的表面張力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=αL（α為液體表面張力系數(shù)）。實驗中，首先吊環(huán)是浸潤在水中的，能夠受到表面張力的拉力作用。測定儀的吊環(huán)緩慢離開水面，將拉起一層水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力，-1-吊環(huán)一共受到三個力，即重力W、液面的拉力f拉、傳感器的彈力FF?f拉?W試驗中重力是常量，而與表面張力相關的拉力卻隨著水膜的拉伸而增大。水膜被拉斷前瞬間的f拉，就是表面張力f。圓環(huán)拉起水膜與空氣接觸有兩個表面層，若吊環(huán)的內(nèi)、外直徑分別為D1、D2,則界限長度L=πD1+πD2。根據(jù)界線思想定義的張力計算式得f=αL，則有F???（D1+D2）水膜被拉斷前傳感器受力F1F1???（D1+D2）+W在水膜拉斷后傳感器受力F2F2?W由上面兩式得水的表面張力系數(shù)的計算公式為??F1?F2?(D1?D2)步驟與操作方法：（1）力敏傳感器的定標i.開機預熱10分鐘。ii.將儀器調(diào)零后，改變砝碼重量，再記錄對應的電壓值。得到U-G關系，完成傳感器的定標。（2）水的表面張力及吊環(huán)內(nèi)外徑的測量i.測量吊環(huán)的內(nèi)徑D1和外徑D2（各測量4次取平均）。ii.嚴格處理干凈吊環(huán)。先用NaOH溶液洗凈，再用清水沖洗干凈。iii.在升降臺上安放好裝有清水的干凈玻璃皿，并掛上吊環(huán)，調(diào)節(jié)吊環(huán)水平（此步重要，細微的水平位置偏差將導致結(jié)果出現(xiàn)誤差）。iv.升高平臺，當?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入水中后，下降平臺。觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時的物理過程和現(xiàn)象，記錄吊環(huán)即將拉斷液面前瞬間的電壓表讀數(shù)V1和拉斷后的電壓表讀數(shù)V2（該步驟重復8次）。-2-數(shù)據(jù)記錄與處理：以下為測量所得的直接數(shù)據(jù)（1）儀器的定標（2）表面張力-電壓的測量（3）圓環(huán)的內(nèi)外徑-3-結(jié)果與分析：一、張力儀的定標Vai?Vbi，F(xiàn)?mg，得到一下結(jié)果從已知數(shù)據(jù)，令Vi?設兩者存在關系V=kF，使用LINEST函數(shù)直接對數(shù)據(jù)進行直線擬合，得到k=3444.01203接下來使用MLS計算Uk：avgV_allSUMFi^2=58.763SUMΔv^2=0.8978mv2Sv=0.3581335470.003362Sk?Sv?F2?6.176473639iUk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779修約后的Uk=1*10mV/Nk的最終結(jié)果為(3.4±0.01)*103mV/N1得到V-F關系方程為V=3400*F二、拉力電壓數(shù)據(jù)的處理斷膜瞬間電壓V10.3220678172.36mVUv1b=0.1mVavgV1_all=96.0875mVSv1t7Uv1aUv1SUMΔV1i^2=5.80875=Sv1*t7=0.76008mV0.76663mV0.8mV96.1±0.8修約后的Uv1V1的最終結(jié)果為-4-斷膜后電壓V2mVUv2b=0.1mVavgV2_all=45.825mVSv2t7Uv2aUv2修約后的Uv2V2的最終結(jié)果為0.070072.36=Sv1*t7=0.16538mV0.19326mV0.2mV45.8±0.2SUMΔV1i^2=0.275三、圓環(huán)內(nèi)外徑數(shù)據(jù)的處理D1avg=34.81mm，D2avg=33.21mmUD1=UD2=0.02mm得到內(nèi)外徑的最終結(jié)果為四、水表面拉力系數(shù)的計算與處理根據(jù)以上數(shù)據(jù)，代入計算公式得到??222F1?F2?(D1?D2)2?0.069251676Uv1?Uv2Uk2UD1?UD2?()??0.000250345又U??(1?2)2(1?2)2修約后的Uα=0.0002得到張力系數(shù)最終結(jié)果為α=(69.2±0.2)*10-3N/m討論、建議與質(zhì)疑：（1）吊環(huán)剛剛接觸水面時，電壓讀數(shù)會躍變至一個較大值，然后在慢慢變小。因為在剛剛接觸水表面時，水和吊環(huán)產(chǎn)生了浸潤的現(xiàn)象，在吊環(huán)壁產(chǎn)生了一圈水膜，此時即存在張力，表現(xiàn)為對吊環(huán)向下的拉力，所以吊環(huán)剛剛接觸水面時，傳感器所受拉力會突然變大。（2）引起誤差的原因會有一下幾點：1.定標時砝碼盤搖晃，會使傳感器受到大于砝碼盤（含砝碼）重力的力的作用，這會導致測得的電壓值偏大，致使定標獲得的k過大，導致最后求得的結(jié)果偏小；2.如果吊環(huán)不水平，則會導致水面在下降過程中，水膜并不是同時破裂，實際作用于吊環(huán)-5-的水膜長度只是吊環(huán)周長的一小部分，這會會導致最后求得的結(jié)果偏小；3.測定儀測量電壓值并不是連續(xù)的，需要一定的時間來進行反應，若在水膜即將破裂時水面下降過快，傳感器尚未顯示出實際的最大電壓值，吊環(huán)就已經(jīng)脫離水面。這樣會導致所測得的張力過小，從而導致求得的系數(shù)過??；（3）生活中常見的表面張力現(xiàn)象有：水杯中盛半杯水時，水面邊緣沿內(nèi)杯壁向上延展一定高度；盛滿水后在添加少量水，可以看到水面高出杯壁，呈現(xiàn)拱形，但沒有水溢出。在平整干燥且潔凈的玻璃表面滴上水滴，可以看到水滴總是以最快的速度縮成盡可能地接近圓形，而起初水滴的形狀如何。（4）對本實驗的體會與改進建議：本實驗中最終要的測量步驟是測量吊環(huán)與水膜斷開瞬間的電壓值，由于是瞬時值，故對操作的要求很高。在實驗中可以發(fā)現(xiàn)，當液面從最高點（此時認為吊環(huán)已經(jīng)浸潤）開始下降時，傳感器的電壓示數(shù)呈現(xiàn)如下的變化規(guī)律：一開始電壓隨液面的下降而上升，此時可以較快地旋轉(zhuǎn)升降螺母使液面下降；電壓上升到某一較大值后，將在一段時間內(nèi)維持不變，此時表明水膜的拉力以達到最大值，應放慢螺母旋轉(zhuǎn)的速度，使水面緩慢下降；之后電壓將呈現(xiàn)下降的趨勢，這時說明水膜即將破裂，應極其緩慢地旋轉(zhuǎn)螺母，保證液面平穩(wěn)下降且不產(chǎn)生波紋，同時密切注意電壓讀數(shù)和水膜狀態(tài)，一面觀察水膜，一面逐個記憶讀數(shù)，當水膜破裂瞬間得到的讀數(shù)，即為所需的測量值。做實驗中發(fā)現(xiàn)，吊環(huán)儀器的制作比較