液体的表面张力系数的测定.ppt

力敏传感器及液体表面张力系数的测定力敏传感器及液体表面张力系数的测定实验目的实验目的 ●学习拉脱法的测量原理和方法学习拉脱法的测量原理和方法●学习用最小二乘法处理实验数据学习用最小二乘法处理实验数据实验原理实验原理 液液体体具具有有收收缩缩表表面面的的趋趋势势，，其其表表面面象象一一张张蹦蹦紧紧的的弹弹性性薄薄膜膜，，在在其其表表面面内内存存在在沿沿着着表表面面作作用用的的张张力力，，使使其其表表面面产产生生收收缩缩的的倾倾向向这这即即为为液液体体的的表表面面张张力力表表面面张张力力垂垂直直于于液液体体表表面面任任何何一一条条线线段段并并沿沿着着液液体体表表面面，，作作用用于于单单位位长长度度上上的的张张力力称称为为表表面面张张力力系系数数，，用用α表示其中其中F为作用于线段为作用于线段L上的张力上的张力实验原理实验原理 用测量一个已知周长的金属片从待测液体表用测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时所需要的力，来求得该液体的表面张力面脱离时所需要的力，来求得该液体的表面张力系数的方法称为拉脱法系数的方法称为拉脱法 实验中我们用的是环状金属吊片实验中我们用的是环状金属吊片. . L=L=ππ（（D D1 1+ +D D2 2）） F=απF=απ（（D D1 1+ +D D2 2））吊片脱离液体表面瞬间前后的力的平衡方吊片脱离液体表面瞬间前后的力的平衡方程为程为 T1=W1+F+mg T2=W2+mg 拉脱前拉脱前拉脱后拉脱后T1T2mg(mg)’W1W2F环状金属吊片环状金属吊片液膜液膜实验原理实验原理 　　　　T T1 1、、T T2 2为为向向上上的的作作用用力力，，W1 1、、W2 2为为环环状状金金属属吊吊片片所所受受重重力力和和浮浮力力之之差差，，因因为为环环状状金金属属吊吊片片在在脱脱离离液液体体表表面面前前就就已已经经离离开开了了液液体体表表面面，，W1≈W2。

mg、、（（mg)’为为液液膜膜所所受受的的重重力力，， mg≈（（mg)’ , ,T T1 1、、T T2 2之差就是表面张力之差就是表面张力F F表表面面张张力力系系数数αα的的值值和和液液体体的的种种类类、、纯纯度度、、温温度度以以及及液液体体上上方方的的气气体体成成分分有有关关实实验验证证明明，，液液体体的的温温度度越越高高，，αα的的值值越越小小，，液液体体所所含含杂杂质质越越多多，，αα的的值值也也越越小小，，对对于于上上述述条条件件都都不不变变的的液液体体，，αα值是一个常数值是一个常数实验原理实验原理 上上式式中中，，液液体体表表面面张张力力F=｜｜T1－－T2｜｜，，我我们们用用力力敏敏传传感感器器测测量量，，读读取取相相应应的的电电压压数数值值T1 U1 1、、U2 2 ，，取取其其差差值值ΔU=｜｜U1 1－－U2 2｜｜，，乘乘以以相相应应的转换系数的转换系数k, ,即为即为F: : F = kΔU实验仪器实验仪器 液体表面张力系数测定仪液体表面张力系数测定仪 　　FD-NST-I 一套一套游标卡尺游标卡尺 　　一　　一件件干湿温度计干湿温度计 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一只一只实验仪器实验仪器 液体表面张力系数测定仪液体表面张力系数测定仪　　　　采采用用硅硅压压阻阻式式力力敏敏传传感感器器来来测测量量液液体体和和环环状状金金属属吊吊片片之之间间的的表表面面张张力力，，在在外外力力作作用用下下，，输输出出的电压和外力成正比。

的电压和外力成正比 ΔU=KΔF式式中中F为为外外力力，，K为为硅硅压压阻阻式式力力敏敏传传感感器器的的灵灵敏敏度度，，单位是单位是V / N，，ΔU为传感器输出的电压值为传感器输出的电压值实验装置的结构见下图实验装置的结构见下图 1.调节螺丝调节螺丝. 2.升降螺丝升降螺丝. 3.玻璃器皿玻璃器皿. 4.吊环吊环. 5.力敏传感器力敏传感器6.支架支架. 7.固定螺丝固定螺丝. 8.航空插头航空插头. 9 . 底座底座. 10.数字电压表数字电压表. 11.调零旋调零旋纽纽 调零旋钮调零旋钮环状金属吊片环状金属吊片数字电压表数字电压表干湿温度计干湿温度计 实验中还必须测量实验中还必须测量实验室当时的温度因实验室当时的温度因此，实验室备有干湿温此，实验室备有干湿温度计，干湿温度计除了度计，干湿温度计除了可以用来测量室温以可以用来测量室温以外，还可以测量实验室外，还可以测量实验室的相对湿度的相对湿度干干温温度度计计实验内容实验内容 1.力敏传感器的定标力敏传感器的定标●●仪器预热仪器预热 ●●挂上砝码盘，依次加上挂上砝码盘，依次加上0.500g、、1.000g···3.500g等质量的砝码，记录等质量的砝码，记录Ui●用最小二乘法求出传感器的灵敏度用最小二乘法求出传感器的灵敏度 K =⊿⊿U/⊿⊿F ，，砝码质量砝码质量mi /g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500重力重力Fi (10-3N)4.8979.79414.69119.58824.48529.38234.279电压电压Ui /mV实验内容实验内容 2.环状金属吊片的内外直径的测量和清洁环状金属吊片的内外直径的测量和清洁●●测量金属圆环的内外直径测量金属圆环的内外直径D D1 1、、D D2 2（（6 6～～1 10 0次取平次取平均均) )●清洗环状金属吊片和器皿清洗环状金属吊片和器皿D1/cmD2/cm实验内容实验内容 3.测定液体的表面张力系数测定液体的表面张力系数αα●●尽量使吊片的下沿和液面平行尽量使吊片的下沿和液面平行●●旋转旋转升降盛水托盘，吊环下沿没入液面，然后升降盛水托盘，吊环下沿没入液面，然后缓慢脱离液面，记录此过程中的电压极值缓慢脱离液面，记录此过程中的电压极值Ui1和和脱离后的电压值脱离后的电压值Ui2 , 多次测量多次测量(5(5次次, ,每次测量时每次测量时调节调零旋纽，使每次测量的调节调零旋纽，使每次测量的Ui1不相同不相同),),共得共得到五组数据，计算到五组数据，计算ΔUi= ︱︱Ui1－－ Ui2 ︳︳，，可得：可得： ΔU1 , ΔU2 , ΔU3 , ΔU4 , ΔU5 ,实验内容实验内容 ●●由公式由公式 可计算得到：可计算得到：α1 ,α2 ,α3 ,α4 ,α5●●求其平均值：求其平均值：实验内容实验内容 4.求求αα的百分差的百分差Pα●●读取温度计的液体温度读取温度计的液体温度T，，查表（书中第查表（书中第312页）页）找出环境温度下的表面张力系数标准值找出环境温度下的表面张力系数标准值α0 。

● ● αα的的平均值与平均值与α0作百分差运算作百分差运算１１.必须写明的直接测量：必须写明的直接测量：•标准砝码数值标准砝码数值m/g　　 0.500, 1.000, 1.500, 2.000, 2.500, 3.000, 3.500•重力重力F/10-3N 4.897, 9.794, 14.691, 19.588, 24.485, 29.382, 34.279•转换电压转换电压U /mV U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7•金属环外径金属环外径D1 /mm D11、、D12、、D13、、D14、、D15、、D16数据处理数据处理 •金属环内径金属环内径D2 /mm D21、、D22、、D23、、D24、、D25、、D26•液体温度液体温度℃ T　　　　　　　　　　•拉脱电压值拉脱电压值U/mV　　 U１１1, U１１2, U21, U22, U31, U32, U41, U42, U51, U52数据处理数据处理 2 2 .必须写明的中间计算量：必须写明的中间计算量： D1平均平均 , D2平均平均 , k, α0 , ΔU1, ΔU2, ΔU3, ΔU4, ΔU53 3 .必须写明的中间计算结果：必须写明的中间计算结果： α1 , α2 , α3 , α4 , α54 4 .最终计算结果：最终计算结果：数据处理数据处理 。