拉脱法液体表面张力系数的测定-1

液体表面张力系数的测定
生活中有许多物理现象都与液体的表面张力有关。

比如，下过雨后，树叶、草地的小水珠都接近于球形；非常扁的物体如硬币可以浮在水面上；一些昆虫可以在水面上行走等等。

液体的表面张力实质上是分子间相互作用力的表现。

由于液体上方的气相层内的分子数很少，液体表面层（其厚度为分子的作用半径，约为10-7mm ）内的分子受到向上的引力比向下的引力小，产生一个垂直于液体并指向液体内部的合力，即表面分子有从液面挤入液体内部的倾向。

因此，液体具有尽可能缩小其表面的趋势。

宏观上液体表面像一张拉紧了的弹性膜。

设想在液面上划一直线，表面张力的作用就表现为直线两旁的液面以一定的拉力相互作用。

拉力f 存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度L 成正比，即f =αL 。

式中，比例系数α称为液体的表面张力系数，其单位为N/m ，表示单位长度的直线两旁液面之间的表面张力。

表面张力是液体的重要性质之一，在工业技术上，如结晶、焊接、浮选技术、电镀技术、铸造成型等方面都涉及到对液体表面张力的应用和研究。

测定液体表面张力系数的方法很多，常用的有拉脱法、毛细管法、滴重法和最大泡压法。

本实验采用拉脱法测量液体的表面张力系数。

【目的与要求】
1． 用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法。

2． 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分
析和研究,加深对物理规律的认识。

3． 测量纯水和其它液体的表面张力系数。

4． 测量液体的浓度与表面张力系数的关系（如酒精不同浓度时的表面张力系数）。

【实验原理】
一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为
απ)(21D D f += （1） 式中：1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：
)](/[21D D f +=πα （2）
实验中，液体表面张力可以由下式得到：
B U U f /)(21-= （3）
B 为力敏传感器灵敏度，单位mV/N 。

1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉
断时数字电压表的读数。

【仪器与器材】
实验仪器和器材由四部分组成：1.FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪；2.吊盘；3.砝码（0.5g/个，共6个）；4.镊子。

其中FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪主要由实验装置和数字电压表组成，如图1所示。

图1 液体表面张力系数测定仪装置
1. 调节螺丝
2. 升降螺丝
3. 玻璃器皿
4. 铝合金吊环
5. 力敏传感器
6. 支架
7. 固定螺丝 8. 航空插头 9. 底座 10. 数字电压表 11. 调零旋钮 【实验内容与步骤】
1． 开机预热，调节仪器水平。

2． 清洗玻璃器皿和吊环。

3． 将吊盘轻轻地挂在力敏传感器的钩上（注意：传感器挂钩所承受力的范围是0~0.098N 。

挂钩上不能挂太重的物体，以防损坏仪器）。

若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标：
（1） 在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻；
（2） 将6个砝码依次放入吊盘内，每增加1个砝码记录一次数字电压表示数计入表1
中。

4． 在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。

5． 用游标卡尺测定吊环的内、外直径，数据计入表2中。

然后挂上吊环，在测定液体表面
张力系数过程中，观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以逆时针转动升降台大
螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。

记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U 1，拉断时瞬间数字电压表读数为U 2，每次测量后,调节调零旋纽,使每次测量的U 1、U 2不相同。

把测得结果填入表3中。

【注意事项】
1． 吊环须严格处理干净。

可用NaOH 溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并用热
吹风烘干。

2． 吊环水平须调节好，注意偏差1°，测量结果引入误差为0.5%；偏差2°，则误差1.6%。

3． 仪器开机需预热15分钟。

4． 在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。

2． 工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。

3． 若液体为纯净水。

在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染。

特别注意手指不要接
触被测液体。

4． 实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。

【数据处理与分析】 1．记录表格
表1 硅压阻力敏传感器定标
g = (m/s 2); m 砝码= (g); ()N mV g
⋅∆=
砝码m U B 。

表2 吊环内、外径测量
游标卡尺分度值（mm）
表3 纯水的表面张力系数测量
T= ℃；α理= N/m
2.数据处理要求
（1）用逐差法处理表1中数据，计算硅压阻力敏传感器灵敏度B,用平均偏差误差处理方法写出其完整结果表达式。

（2）根据表2数据用平均偏差误差处理方法写出吊环内、外径的完整结果表达式。

（3）由公式（2）、（3）计算纯水表面张力系数，得出α1、α2……α6计算表面张力系数的平均值和平均值的标准偏差,写出其完整结果表达式。

66
2 1α
α
α
α
+ +
+ =
；
()
()1
1
2
-
-
=
∑
=
n
n
S
n
i
i
α
α
α
；
α
α
αS
±
=。

【思考题】
1．铝合金吊环有一定高度，为什么测量液体表面张力时吊环浸入液体中不宜太深？
2．分析在阳光下和在流动的空气中做实验时，对实验结果有没有影响？为什么？
3．如何才能使液膜不过早地破裂？
出师表
两汉：诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

今当远离，临表涕零，不知所言。