液体表面张力系数的测定实验报告

液体表面张力系数的测定

一 实验目的

1 学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。

2 深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数

二 实验原理

1 液体表面张力

由于液体分子之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部

的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋

势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收

缩的力叫做液体的表面张力。

2 液体表面张力系数的测量原理

图1

如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻

提起，则其附近液面呈现如图示的形状，则时，f 方向趋向垂直向下。在金属片脱

0→ϕ离液体前，受力平衡条件为

（1）

mg f F +=而

（2）

)(2d l f +=α则

（3）

)

(2d l mg

F +-=

α若用金属环替代金属片，则（3）式变为

（4）

)

(21d d mg

F +-=

πα式中d1，d2为圆环的内外直径。

若用补偿法消除mg 的影响，即

mg

F f -=则（4）式可写为

（5）

)

(21d d f

+=

πα即为液体表面张力系数。

三 实验仪器

液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片

四 实验内容及步骤

1 仪器调整。调整仪器水平，刻度盘归零。

2调零。将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红

线三线重合。

3 绘制质量标准曲线

分别在小纸片上放100mg 、300 mg 、500 mg 、700 mg 、 1000 mg 的砝码，记下对应

的刻度盘的示数。以所加砝码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标

准曲线。

4 测量纯净水的表面张力系数

调零。用玻璃杯盛大约2/3的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好

浸过水面。左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。两手

调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。记下刻度盘示数M’。为了

消除随机误差，共测五次。

6 将M’在质量标准曲线上查得水作用在金属环上的表面张力，按式（5）计算出

mg f =水的表面张力系数。

五 数据记录及处理

1 金属环的直径

外径 ：

内径：mm d )001.0670.19(1±=mm

d )001.0470.18(1±=

2绘制质量标准曲线

数据见下表

¿Ì¶ÈÅÌʾÊý/m n /m

íÀÂëÖÊÁ¿m/mg

质量标准曲线

由图可以看出，质量标准曲线为一直线，因此M 与m 成线性关系，可在直线上取两个点

（400，339），（900，761）或由最小二乘法拟合该曲线方程为

（6）

4.0084.0+=m M 3 测量M’，数据见下表

测量次数

123

4

5

平均M’/mn.m -1

75.0

76.1

76.3

75.8

76.0

75.84

根据上表：mn

M 84.755

.768.753.761.760.75'

=++++=

A 类不确定度分量2

.0)

1()(2

''

'=--=

∑n n M M

S i i

M B 类不确定度分量03

.03

=∆=

仪

u 合成不确定度2

.022=+=

u S M ‘σ所以 （7）

mn M )2.08.75('

±=加砝码质量/mg

100300

500

7001000刻度盘读数/mn

8.6

26.3

42.6

58.5

85.0

将（7）代入（6）可得

mg

m 4.893=m 的传播不确定度为mg x M i i

m 0.5)(

2

2=∂∂=

σσmg

m )5893(±=4 计算水的表面张力系数

将d 1，d 2，m 代入表面张力系数公式

1

3211003.73)

(--⋅⨯=+=

m N d d f

πα其传播不确定度为

132

222221041.0)()()(

--⋅⨯=∂∂+∂∂=∂∂=m N d

m x M d m i i σασασσα在温度为19.4℃时，实验测得的水的表面张力系数为

1

310)4.00.73(--⋅⨯±=m N α同温度下水的标准张力系数为

1

31089.72--⋅⨯=m N 标α相对误差为%

19.0%100=⨯-=

标

标

αααB 六 实验结果及讨论

通过实验，比较精确的测量了纯净水与空气接触的时候的表面张力系数，在实验误差

允许的范围内，得到了比较准确的结果。误差可能出现的原因有以下几种可能：

1 测量金属环本身不是太平，在拉破水膜的时候有误差存在。

2 读数时候的视觉误差，即人为的误差，尽可能的避免。

3 操作时候的误差，也应尽量避免。

4 环境造成的误差，人在走动时，或桌子的振动等。

七 注意事项

1

注意保护仪器，钢丝的扭矩不能超过360度。

2

调整调零旋扭时注意吊杆臂上升的方向。