实验报告-液体表面张力系数的测定

实验3-3 液体表面张力系数的测定
一、实验目的：
测量室温下水的表面张力系数。

二、实验原理：
液体表面张力的存在，液体表面具有收缩的趋势，在液体表面上作一条曲线，则曲线受两侧平衡的、并与液体表面相切的表面张力的作用。

在线性近似下，表面张力的大小与曲线的长度成正比，表面张力的大小与曲线长度的比值即为液体的表面张力系数。

根据这一规律，可以用液体表面张力系数测定液体的表面张力。

在实验中用一个金属圆环固定在传感器中，该环浸没于液体中，把圆环慢慢拉起，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。

表面膜拉力的大小为
f=α△l=α(2πr1+2πr2)=π（D1+D2）α
在页面拉脱的瞬间，膜的拉力小时。

拉力差为
f=π（D1+D2）α（1）并以数字式电压表输出显示为
f=(U1-U2)/B （2）由（1）、（2），我们可以得到水的表面张力系数为
α=(U1-U2)/[Bπ（D1+D2）]
因此，只要测量出(U1-U2)，B,D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α
三、实验器材：
液体表面张力系数测定仪、垂直调解台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。

四、实验步骤：
（1）力敏传感器的定标（表3-3-1）
物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV
（2）测量金属圆环的外径D1和内径D2。

（3）记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值U1和拉断时瞬间数字电压表的
读数U2。

并用温度计测出水的温度。

利用所测数据计算出α（表3-3-2）。

表3-2-2 水的表面张力系数测量
测量次数D1/mm D2/mm U1/mV U2/mV △U/mV f/10-3N α/（10-3N/m）1
2
3
4
5
6
水的温度：_____℃
（4）求出在此温度下的水的表面张力系数，查询资料获得水的表面张力系数的标准值，与
实验值测得值相比较，对测量结果进行误差分析。

五、数据记录
将所得实验数据填入《表3-3-1 力敏传感器定标》和《表3-3-2 水的表面张力系数测量》中。

表3-3-1 力敏传感器的定标
物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV 5.5 12.4 18.3 24.4 32.3 37.4 44.1
表3-3-2 水的表面张力系数测量
测量次数D1/mm D2/mm U1/mV U2/mV △U/mV
1 33.74 32.8
2 70.9 23.7 47.2
2 33.62 33.26 71.9 22.7 49.2
3 33.60 32.06 72.0 22.9 49.1
4 33.54 32.53 71.8 22.9 48.9
5 33.60 32.50 71.
6 22.
7 48.9
6 33.58 32.74 71.8 23 48.8
六、数据处理
根据以上数据，对物体质量和输出电压做线性回归分析，并以物体质量m/g作为x数轴，以输出电压U/mV作为y数轴，建立做坐标系，如下表所示：
由回归方程可以得出传感器灵敏度B=3.0481N/B。

继续计算出表3-3-2 水的表面张力系数测量中其他数据，有
表3-3-2 水的表面张力系数测量
测量次数
D 1/mm D 2/mm U 1/mV U 2/mV △U/mV f/10-3
N α/（10-3
N/m ）
1 33.74 32.8
2 70.9 24.7 46.2 15.19 72.67 2 33.62 33.26 71.9 26.7 45.2 14.86 70.76
3 33.60 32.06 72.0 26.9 45.1 14.83 71.91
4 33.54 32.53 71.8 24.9 46.9 15.42 74.32
5 33.60 32.50 71.
6 26.
7 44.9 14.76 71.12 6
33.58
32.74
71.8
26
45.8
15.06
72.30
水温：22.3℃
即水的表面张力系数为：
6
6
54321α
αααααα+++++=
=72.18×10-3N/m
七、实验分析与结论
该实验在22.3 ℃的水温下进行，采用了拉脱发测定液体表面张力系数α，由于实验
所用水为自来水，里面参夹较多表面活性物质，致使水的表面张力系数变小，与资料数据有所出入；故排除实验操作的绝对误差，在相对误差允许的范围内，本实验测定的表面张力系数为：72.18×10-3N/m
八、误差分析
本实验中采用硅压阻力敏传感器张力测定仪来测量室温下纯水的表面张力系数，测得22.3℃下纯水的表面张力系数为72.18×10-3N/m ，与理论值相比，存在一定的误差。

1、误差来源
（1)所测液体不纯，引入系统误差； （2)升降台转动时液面存在波动； （3)内外径测量存在误差。

2、误差的减少
（1)保持盛水玻璃器皿的清洁，尽量使用蒸馏水进行试验；
（2)旋转大螺帽是使液面下降时，可以缓慢旋转，避免水的晃动；
（3)测量吊环内外径时，可以选择不同径向，多次测量，取平均值。

九、思考题
1、测量前为什么要对整机进行预热？
答：实验所用的整机是使用精密电子元件制作而成的，材料包括电磁传感器，A/D转换电路，精密电阻和电容，在机器的元件通电工作时元件的温度系数会随着时间的延长而产生温度变化，温度的变化所产生的技术参数变化的误差越小越好。

整机在通电工作一段时间后，它的各项参数就基本可以稳定了，这时进行电子测量是最精确的。

所以，为了得到更准确的测量值，测量前要对整机进行预热。

2、如果金属圆环不清洁、水不够纯净，将会给测量带来什么影响？所测α值将会偏大还是偏小，为什么？
答：如果金属圆环不清洁、水不够纯净，将会带来以下影响：
（1）可能有杂质漂浮在页面上，当放入金属环时，这些杂质容易吸附在金属环宇液面的交界处，会改变水面张力的大小，使张力系数产生误差。

（2）即使没有吸附在金属环上，只要漂浮在液面上，也会对实验造成一定的影响.
（3）因为表面张力与水的纯净度有关，一般而言，水越纯净，就越接近其真实的表面张力。

若有油污和杂质符在吊环上面，而油污和杂质对生成的薄膜都造成一定影响，试验中拉断液柱的高度也会改变，从而影响实验结果。

以上影响会使测量的液体表面张力系数α值偏低。