大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告

篇一：水表面张力系数的测定实验报告

大连理工大学

大学物理实验报告

院（系）材料学院专业材料物理班级0705 姓名童凌炜学号 767025实验台号

实验时间 8年12月03日，第15周，星期三第5-6节

实验名称水表面张力系数的测定

教师评语

实验目的与要求：

（1）理解表面张力现象。

（2）用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。

主要仪器设备：

D- - 型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。

实验原理和内容：

分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示

对液体表面张力的理解和解释：

在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。

计算张力时可以做如下的假设：想象在表面层上有一条长度为的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于，即 =α（α为液体表面张力系数）。

实验中，首先吊环是浸润在水中的，能够受到表面张力的拉力作用。测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力拉。由于忽略水膜的重力和浮力，

吊环一共受到三个力，即重力、液面的拉力拉、传感器的弹力

? 拉?

试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。水膜被拉断前瞬间的拉，就是表面张力。

圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内、外直径分别为D1、D2,则界限长度 =πD1+πD2。根据界线思想定义的张力计算式得 =α，则有

?（D1+D2）

水膜被拉断前传感器受力 1

1?（D1+D2）+

在水膜拉断后传感器受力 2

2?

由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为

1? 2

?(D1?D2)

步骤与操作方法：

（1）力敏传感器的定标

. 开机预热10分钟。 . 将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。得到- 关系，完成传感器的

定标。

（2）水的表面张力及吊环内外径的测量 . 测量吊环的内径D1和外径D2（各测量4次取平均）。 . 严格处理干净吊环。先用 a 溶液洗净，再用清水冲洗干净。 . 在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要，

细微的水平位置偏差将导致结果出现误差）。

. 升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。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面前瞬间的电压表读数 1和拉断后的电压表读数 2（该步骤重复8次）。

数据记录与处理：以下为测量所得的直接数据（1）仪器的定标

（2）表面张力-电压的测量

（3）圆环的内外径

结果与分析：

一、张力仪的定标

a ? b

， ? ，得到一下结果从已知数据，令

?

设两者存在关系 = ，使用函数直接对数据进行直线拟合，得到 =3444.01203 接下来使用计算：

a _a ^2

=58.763

Δ ^2=0.8978 2

=0.358133547 0.003362

?

?

2

?6.176473639

= * 7=6.176473639*2.36=14.57647779 修约后的 =1*10 / 的最终结果为(3.4±0.01)*103 /

1

得到 - 关系方程为 =3400*

二、拉力电压数据的处理断膜瞬间电压 1

0.322067817

2.36

1b=0.1

a 1_a =96.0875

1 7 1a 1

Δ 1 ^2=5.80875

= 1* 7=0.76008 0.76663

0.8 96.1±0.8

修约后的 1 1的最终结果为

断膜后电压 2

2b=0.1

a 2_a =45.825

2 7 2a 2

修约后的 2

2的最终结果为

0.07007

2.36

= 1* 7=0.16538 0.19326

0.2 45.8±0.2

Δ 1 ^2=0.275

三、圆环内外径数据的处理 D1a =34.81 ，D2a =33.21 D1= D2=0.02 得到内外径的最终结果为四、水表面拉力系数的计算与处理根据以上数据，代入计算公式得到

2

2

1? 2

?(D1?D2)

2

2

?0.069251676

1? 2 2 D1? D2?()0.000250345 又 (1?2)2(1?2)2

修约后的α=0.0002

得到张力系数最终结果为α=(69.2±0.2)*10-3 /

讨论、建议与质疑：

（1）吊环刚刚接触水面时，电压读数会跃变至一个较大值，然后在慢慢变小。因为在刚刚接触水

表面时，水和吊环产生了浸润的现象，在吊环壁产生了一圈水膜，此时即存在张力，表现为对吊环向下的拉力，所以吊环刚刚接触水面时，传感器所受拉力会突然变大。

（2）引起误差的原因会有一下几点：

1.定标时砝码盘摇晃，会使传感器受到大于砝码盘（含砝码）重力的力的作用，这会导致测得的电压值偏大，致使定标获得的过大，导致最后求得的结果偏小；

2.如果吊环不水平，则会导致水面在下降过程中，水膜并不是同时破裂，实际作用于吊环