液体表面张力系数的测定 ［实验目的］ 1、了解液体表面张力性质以及表面张力系数的含义与影响因素。

　2、理解拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理,了解测量方法。

　3、了解用液体界面张力仪定标测量微小力的思想与方法。

　4、了解液体界面张力仪的调节使用方法与校准方法。

　5、熟悉实验的具体内容。

　6、拟定出合理的实验数据记录表格。

　［实验原理］ 表面张力就是液体表面的重要特性,它类似于固体内部的拉伸应力,这种应力存在于极薄的表面层内,就是液体表面层内分子力作用的结果。作用于液面单位长度上的表面张力称为液体的表面张力系数,用来度量表面张力的大小。表面张力系数不仅与液体的种类有关,而且还与温度、纯度、表面上方的气体成分等有关。物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关,如毛细现象、浸润现象等。因此,测量液体表面张力系数对于科学研究与实际应用都具有重要意义。测定液体表面张力系数的常用方法有:拉脱法,液滴测重法与毛细管升高法等。拉脱法就是一种直接测定法,通过物体的弹性形变(拉伸或扭转)来度量力的大小,如扭力天平法、焦力称法等。

　实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数。通过实验可以重点学习如下内容:(1)实验方法:测量液体表面张力系数的拉脱法。(2)测量方法:用液体界面张力仪定标测量微小力的方法。(3)数据处理方法:质量标准曲线的绘制方法。(4)仪器调整使用方法:液体界面张力仪的调整使用方法。

　［实验内容］ 1、整液体界面张力仪水平与零点,达到待测状态。

　2、准液体界面张力仪。

　(1)金属环上放一块小纸片,仪器调零。包括两个方面的调节:第一,调节刻度盘蜗轮,使零刻度线与游标零线重合,即读数为零;第二,调节调零微调蜗轮,使吊杆臂上的指针与平面反射镜的红线重合。

　(2)在小纸片上放质量 0、0005kg 的砝码,测量金属环单位长度的受力 F ,即调节刻度盘蜗轮使指针与红线重合时刻度盘的读数。

　(3)计算理论值 F 0 ＝mg/π(d 1 +d 2 ) 。

　(4)比较测量值 F 与理论值 F 0 ,如果二者相等,说明校准准确;若不相等,调节两个吊杆臂,保证两臂的长度等值缩短或伸长,使刻度盘上的读数 F 与理论值 F 0相等。重复测量几次,直至二者一致为止。

　3、测量绘制质量标准曲线。

　(1)仪器校准后,放置不同质量 m 的砝码,记录刻度盘的读数 f 。

　(2)以 m 为横坐标 f 为纵坐标绘制质量标准曲线。

　4、测量室温下水的表面张力系数,与标准值比较,计算测量误差。

　［实验仪器］

　液体界面张力仪、标准砝码、环形测试件(金属环)、玻璃杯、温度计 [ 数据记录及数据处理] 1、测量金属环直径 d 外径: cm d 9670 . 11

　内径: cm d 8470 . 12

　2、质量标准曲线 砝码质量／Kg 0、0001 0、0003 0、0005 0、0007 0、001 1 "/mNm M

　8、1 24、1 40、8 56、4 80、5 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.00100102030405060708090M" /mNm -1m/Kg B

　图 1 质量标准曲线 从图 1 中任选两点(0、0002,15、5)(0、0009,74、0) 求得曲线斜率410 36 . 80002 . 0 0009 . 05 . 15 74  K

　m Km M4 "10 36 . 8   

　3、测量"M

　次数 1 2 3 4 5 平均 1 "/mNm M

　69、3 69、6 69、4 69、7 69、7 69、5 12 2 2 2 208 . 04 5) 5 . 69 7 . 69 ( ) 5 . 69 7 . 69 ( ) 5 . 69 4 . 69 ( ) 5 . 69 6 . 69 ( ) 5 . 69 3 . 69 (         mNm S M1058 . 031 . 0  mNm U M 1 2 2098 . 0   mNm U SM M M

　1 ") 1 . 0 5 . 69 (  mNm M

　% 14 . 0 % 1005 . 69098 . 0   B

　mN gKMmg f 1 . 8 8 . 910 36 . 85 . 694"    mNKgMfM mifi542 210 14 . 1 098 . 010 36 . 88 . 9) (       mN f ) 00001 . 0 10000 . 8 (  

　122 159 . 6710 ) 8470 . 1 9670 . 1 (1 . 8) (  mNmd df  1 5252 12 210 5 . 910 98 . 1110 14 . 1) () (   mNmd d fff  4、 C t   0 . 15

　由 C t   0 . 15 得纯水的表面张力系数为1 "48 . 73 mNm 

　测量误差＝1 "89 . 5 48 . 73 59 . 67    mNm  

　% 8 % 10048 . 7389 . 5""    ［思考题］ 1、用液体界面张力仪测量微小力时,为什么要使吊杆臂上的指针与平面反射镜中红线始终保持重合？

　液体界面张力仪就是通过测试件(如金属环)受力平衡来测量微小力的。根据吊杆臂上的指针与平面反射镜中红线就是否重合,判断测试件受力就是否达到平衡,二者重合表明受力平衡。因此,测量时必须保证吊杆臂上的指针与平面反射镜中红线始终保持重合,才满足测量条件,得到正确的测量结果。

　2、实验中怎样操作才能在水膜拉破瞬间得到比较准确的测量数值？

　在测量水的表面张力整个操作过程中,右手要慢慢调蜗轮把手,增大刻度盘读数,同时左手调节样品座螺丝,使吊杆臂上的指针与红线始终保持重合,直到把水膜拉破位置,此时记下的读数才就是比较准确的测量数值。

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