液體表面張力系數(shù)的實驗研究

液體表面張力系數(shù)的實驗研究

0液體表面張力系數(shù)測量液體表面張力是液體性質的一個重要參數(shù)。有很多方法可以測量液體的表面張力系數(shù)。脫離法是測量液體表面張力系數(shù)的常用方法之一。在課堂上，我們只測量了水的表面張力系數(shù)。由于只有簡單的實驗，學生對一些問題和理論理解仍然很遙遠，這不利于提高學生的實驗研究能力。在本主題的研究和實驗中，學生可以使用環(huán)形和門的框架在開放實驗室內測量液體表面張力系數(shù)，并進行比較和研究。此外，還可以研究不同液體表面張力系數(shù)與濃度的關系。另一方面，它可以加深對液體表面張力概念的理解和理解。另一方面，學生可以使用實驗方法探索兩個變量之間的關系，從而真正提高學生的實驗創(chuàng)新能力。1改變液體框架的形狀，并將其配置為坐標在大多實驗方案中我們都是采用門形框作實驗物體,這次改用一定規(guī)格的門形框和圓環(huán)框分別進行實驗.1.1門形框測得值與標準值的相關性實驗中,門形框的長度l為45.04mm,金屬絲的直徑d為0.405mm,彈簧勁度系數(shù)k=1.348N/m,實驗液體為純凈水,環(huán)境溫度31.6℃.代入公式α=k(l′?l0)2(l+d)α=k(l′-l0)2(l+d),即可算得α1=72.67×10-3N·m-1已知測量時溫度為31.6℃,則標準值.αt=(75.75-0.15t)×10-3N/m=71.01×10-3N·m-1故可得:門形框測得值與標準值的相對誤差:E=|α1?αt|αt=|72.67?71.01|71.01=2.34E=|α1-αt|αt=|72.67-71.01|71.01=2.34%1.2nm-1門形框的測值結果實驗中,圓環(huán)的外徑d1為21.762mm,內徑為20.952mm,彈簧勁度系數(shù)k=1.348N/m,實驗液體為純凈水,環(huán)境溫度31.6℃.代入公式α=k(l′?l0)π(d1+d2)α=k(l′-l0)π(d1+d2),即可算得α2=72.36×10-3N·m-1門形框測得值與公認值的相對誤差:E=|α2?αt|αt=|72.36?71.01|71.01=1.91E=|α2-αt|αt=|72.36-71.01|71.01=1.91%1.3破裂臨界位置在普通實驗室條件下,用圓環(huán)框測得液體表面張力系數(shù)的值與公認值的相對誤差比門形框小,即用圓環(huán)框測得結果比門形框準確.主要是由于圓環(huán)是個對稱圖形,各個方向受力對稱,從而能比較準確地找出液體膜破裂的臨界位置,減小了系統(tǒng)誤差;其次,我們用圓環(huán)框測量時候,可以有效地避免用門形框測量時門形框兩端不一致而造成的誤差.誤差分析告訴我們,系統(tǒng)誤差主要與薄膜的重量、金屬框所受浮力、接觸角θ、測量方法等方面有關,而采用聯(lián)合法測量液體表面張力系數(shù)就可以很好的解決這一問題.同時在一定程度上還和實驗物體的規(guī)格有關,如:門形框的橫絲長度,側絲長度,金屬絲直徑.偶然誤差主要和平臺引起的液面振動、圓環(huán)的凈化處理、液體浸潤不充分、外界環(huán)境變化(如空氣流動)等方面有關.為避免由此產生的系統(tǒng)誤差,實驗前應對實驗物體作凈化處理,操作時動作要平穩(wěn)連續(xù),減少振動,但操作不宜過慢.2表面張力系數(shù)隨液體濃度的變化在對水進行測量以后,我們對不同濃度的蔗糖、鹽水、酒精等溶液進行測量,這樣可以明顯觀察到表面張力系數(shù)隨液體濃度的變化現(xiàn)象,同時還對不同液體表面張力系數(shù)的差異進行了初步探究.2.1蔗糖溶液的表面張力系數(shù)用旋光率為+66.60°cm3/dm·g的蔗糖和蒸餾水,配制以下不同質量濃度的蔗糖溶液.用上面提及的測量原理,采用圓環(huán)框作實驗物體測得相應的α值,如表3:利用Excel作近似擬合,如圖1發(fā)現(xiàn)蔗糖溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關系,即蔗糖溶液的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而增大.2.2表面張力系數(shù)與濃度的測量用純凈的氯化鈉和蒸餾水,配制以下不同質量濃度的鹽水.用同一測量原理,采用圓環(huán)框作實驗物體測得相應的α值,如表4:利用Excel作近似擬合,如圖2發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關系,即鹽水的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而增大.2.3酒精溶液的表面張力測定用酒精(化學純99.5%)和蒸餾水,配制以下不同質量濃度的酒精溶液.用同一測量原理,采用圓環(huán)框作實驗物體測得相應的值α,如表5:利用Excel作近似擬合,如圖3發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成對數(shù)關系,即酒精溶液的表面張力系數(shù)隨其濃度增大而減小.2.4水溶液濃度的影響水的表面張力系數(shù)因加入溶質形成溶液而有不同的改變,這和溶質的化學組成有關.對蔗糖而言,它是有機化合物,雖然有機化合物一般能降低水的表面張力,但是蔗糖里面的親水基羥基強于憎水基碳氫鏈的作用,使蔗糖分子總體有進入水中的趨勢,羥基的主導作用使蔗糖溶液的表面張力系數(shù)大于水,并隨溶液濃度增大而增大;對鹽水而言,明顯是因為其離子的親水性,使鹽水的表面張力系數(shù)大于水,也隨溶液濃度增大而增大.其實大多數(shù)無機鹽和不揮發(fā)性的酸堿的水溶液都有類似性質;但對酒精來說,它是非離子型的有機化合物,里面的憎水基碳氫鏈強于羥基,故酒精溶液的表面張力系數(shù)小于水,且隨溶液濃度增大而減小.大多數(shù)非離子型的有機化合物如短鏈脂肪酸、醇、醛類的水溶液都有此行為.3液體表面張力系數(shù)和濃度關系的意義從實驗分析來看,使用圓環(huán)框測定液體表面張力系數(shù)具有的一定的優(yōu)越性.對蔗糖溶液、鹽水、酒精的表面張力系數(shù)和濃度關系