液體表面張力系數(shù)的測定 ［實驗目的］ 1、了解液體表面張力性質(zhì)以及表面張力系數(shù)的含義與影響因素。

　2、理解拉脫法測量液體表面張力系數(shù)的基本原理,了解測量方法。

　3、了解用液體界面張力儀定標測量微小力的思想與方法。

　4、了解液體界面張力儀的調(diào)節(jié)使用方法與校準方法。

　5、熟悉實驗的具體內(nèi)容。

　6、擬定出合理的實驗數(shù)據(jù)記錄表格。

　［實驗原理］ 表面張力就是液體表面的重要特性,它類似于固體內(nèi)部的拉伸應力,這種應力存在于極薄的表面層內(nèi),就是液體表面層內(nèi)分子力作用的結果。作用于液面單位長度上的表面張力稱為液體的表面張力系數(shù),用來度量表面張力的大小。表面張力系數(shù)不僅與液體的種類有關,而且還與溫度、純度、表面上方的氣體成分等有關。物質(zhì)液體狀態(tài)的許多性質(zhì)都與液體的表面張力相關,如毛細現(xiàn)象、浸潤現(xiàn)象等。因此,測量液體表面張力系數(shù)對于科學研究與實際應用都具有重要意義。測定液體表面張力系數(shù)的常用方法有:拉脫法,液滴測重法與毛細管升高法等。拉脫法就是一種直接測定法,通過物體的彈性形變(拉伸或扭轉)來度量力的大小,如扭力天平法、焦力稱法等。

　實驗中采用拉脫法測量水與空氣界面的表面張力系數(shù)。通過實驗可以重點學習如下內(nèi)容:(1)實驗方法:測量液體表面張力系數(shù)的拉脫法。(2)測量方法:用液體界面張力儀定標測量微小力的方法。(3)數(shù)據(jù)處理方法:質(zhì)量標準曲線的繪制方法。(4)儀器調(diào)整使用方法:液體界面張力儀的調(diào)整使用方法。

　［實驗內(nèi)容］ 1、整液體界面張力儀水平與零點,達到待測狀態(tài)。

　2、準液體界面張力儀。

　(1)金屬環(huán)上放一塊小紙片,儀器調(diào)零。包括兩個方面的調(diào)節(jié):第一,調(diào)節(jié)刻度盤蝸輪,使零刻度線與游標零線重合,即讀數(shù)為零;第二,調(diào)節(jié)調(diào)零微調(diào)蝸輪,使吊桿臂上的指針與平面反射鏡的紅線重合。

　(2)在小紙片上放質(zhì)量 0、0005kg 的砝碼,測量金屬環(huán)單位長度的受力 F ,即調(diào)節(jié)刻度盤蝸輪使指針與紅線重合時刻度盤的讀數(shù)。

　(3)計算理論值 F 0 ＝mg/π(d 1 +d 2 ) 。

　(4)比較測量值 F 與理論值 F 0 ,如果二者相等,說明校準準確;若不相等,調(diào)節(jié)兩個吊桿臂,保證兩臂的長度等值縮短或伸長,使刻度盤上的讀數(shù) F 與理論值 F 0相等。重復測量幾次,直至二者一致為止。

　3、測量繪制質(zhì)量標準曲線。

　(1)儀器校準后,放置不同質(zhì)量 m 的砝碼,記錄刻度盤的讀數(shù) f 。

　(2)以 m 為橫坐標 f 為縱坐標繪制質(zhì)量標準曲線。

　4、測量室溫下水的表面張力系數(shù),與標準值比較,計算測量誤差。

　［實驗儀器］

　液體界面張力儀、標準砝碼、環(huán)形測試件(金屬環(huán))、玻璃杯、溫度計 [ 數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理] 1、測量金屬環(huán)直徑 d 外徑: cm d 9670 . 11?

　內(nèi)徑: cm d 8470 . 12?

　2、質(zhì)量標準曲線 砝碼質(zhì)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

　圖 1 質(zhì)量標準曲線 從圖 1 中任選兩點(0、0002,15、5)(0、0009,74、0) 求得曲線斜率410 36 . 80002 . 0 0009 . 05 . 15 74? ???? K

　m Km M4 "10 36 . 8 ? ? ?

　3、測量"M

　次數(shù) 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 得純水的表面張力系數(shù)為1 "48 . 73?? mNm ?

　測量誤差＝1 "89 . 5 48 . 73 59 . 67?? ? ? ? mNm ? ?

　% 8 % 10048 . 7389 . 5""? ? ???? ? ［思考題］ 1、用液體界面張力儀測量微小力時,為什么要使吊桿臂上的指針與平面反射鏡中紅線始終保持重合？

　液體界面張力儀就是通過測試件(如金屬環(huán))受力平衡來測量微小力的。根據(jù)吊桿臂上的指針與平面反射鏡中紅線就是否重合,判斷測試件受力就是否達到平衡,二者重合表明受力平衡。因此,測量時必須保證吊桿臂上的指針與平面反射鏡中紅線始終保持重合,才滿足測量條件,得到正確的測量結果。

　2、實驗中怎樣操作才能在水膜拉破瞬間得到比較準確的測量數(shù)值？

　在測量水的表面張力整個操作過程中,右手要慢慢調(diào)蝸輪把手,增大刻度盤讀數(shù),同時左手調(diào)節(jié)樣品座螺絲,使吊桿臂上的指針與紅線始終保持重合,直到把水膜拉破位置,此時記下的讀數(shù)才就是比較準確的測量數(shù)值。

推薦訪問： 表面張力 液體 實驗