液体表面张力系数的测量
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液体表面张力系数的测量【实验目的】1、掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法,并计算该传感器的灵敏度2、了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使用方法,并用它测量纯水表面张力系数。
3、观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象,并用物理学概念和定律进行分析研究,加深对物理规律的认识4、掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法,学会用毛细管测定液体的表面张力系数。
5、利用现有的仪器,综合应用物理知识,自行设计新的实验内容。
【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面张力系数把金属片弯成如图 1(a)所示的圆环状,并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上,如图 1(b)所示,然后把它浸到待测液体中。
当缓缓提起测力计(或降低盛液体的器皿)时,金属圆环就会拉出一层与液体相连的液膜,由于表面张力的作用,测力计的读数逐渐达到一个最大值 F(当超过此值时,液膜即破裂),则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。
由于液膜有两个表面,若每个表面的力为(为圆形液膜的周长),则有(2)所以(3)圆形液膜的周长L与金属圆环的平均周长相当,若圆环的内、外直径分别为。
则圆形液膜的周长L≈L’=(D1+D2)/2 (4)将(4)式代入(3)式得(5)硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成,其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用于金属梁时,在压力作用下,电桥失去平衡,此时将有电压信号输出,输出电压大小与所加外力成正比。
即(6)式中,ΔF 为外力的大小;K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度,单位为V/N;ΔU 为传感器输出电压的大小。
二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1一只两端开口的均匀细管(称为毛细管)插入液体,当液体与该管润湿且接触角小于90°时,液体会在管内上升一定高度。
而当接触角大于90°时,液体在管内就会下降。
这种现象被称为毛细现象。
本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。
液体表面张力系数的测定表面张力是液体表面的重要特性,它类似于固体内部的拉伸应力,这种应力存在于极薄的表面层内,是液体表面层内分子力作用的结果。
液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势,从而使液体有尽量缩小其表面的趋势,整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜,我们把这种沿着液体表面,使液面收缩的力称为表面张力。
作用于液面单位长度上的表面张力,称为液体的表面张力系数,测定液体表面张力系数的方法有:拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法测定表面张力系数。
实验目的:1、了解液体表面性质。
2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。
3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。
实验仪器:焦利弹簧秤,被测液体,游标卡尺,矩形金属框,烧杯,砝码及托盘等实验原理:1、面张力的由来假设液体表面附近分子的密度和内部一样,它们的间距大体上在势能曲线的最低点,即相互处在平衡的位置上。
由图(1)可以看出,分子间的距离从平衡位置拉开时,分子间的吸引力先加大后减小,在这儿只涉及到吸引力加大的一段,如图(2)所示,设想内部某个分子A欲向表面迁徙,它必须排开分子1、2,并克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。
用势能的概念来说明,就是它处在图(3)左边的势阱中,需要有大小为d E 的激活能才能越过势垒,跑到表面去。
然而表面某个分子B 要想挤向内部,它只需排开分子''21、和克服两侧分子''43、的吸引力即可,后面没有分子拉它。
所以它所处的势阱(图(3)中右边的那个)较浅,只要较小的激活能'dE 就可越过势垒,潜入液体内部。
这样一来,由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易,表面分子会变得稀疏了,其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些,于是相互之间产生的吸引力加大了,这就是图(3)右边所示的情况。
此时分子B 需克服分子''43、对它的吸引力比刚才大,从而它的势阱也变深了,直到'dE 变得和d E 一样时,内外扩散达到平衡。
实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩,犹如紧张的弹性薄膜。
由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。
设想在液面上作长为L 的线段,线段两侧液面便有张力f 相互作用,其方向与L 垂直,大小与线段长度L 成正比。
即有:f =L (1)比例系数称为液体表面张力系数,其单位为Nm -1。
将一表面洁净的长为L、宽为d 的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中,然后慢慢提起一张水膜,当金属片将要脱离液面,即拉起的水膜刚好要破裂时,则有F = mg +f (2)式中F为把金属片拉出液面时所用的力;mg 为金属片和带起的水膜的总重量;f 为表面张力。
此时,f 与接触面的周围边界2(L + d ),代入(2)式中可得本实验用金属圆环代替金属片,则有αα式中d 1、d 2 分别为圆环的内外直径。
实验表明,与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关,液体温度越高,值越小,液体含杂质越多,值越小,只要上述条件保持一定,则是一个常数,所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。
实验仪器焦利秤,砝码,烧杯,温度计,镊子,蒸馏水,游标卡尺等。
焦利秤的主要结构如图所示:1 弹簧,2 配重圆柱体,3 小指针,4 游标尺,5 砝码托盘,6 载物平台,7 调节平台高度的小螺钉,8 调节平台高度的微调旋钮,9水平调节螺丝,10 调节游标高度的微调旋钮,11 调节游标高度的小螺钉,12 小镜子, 13 主尺。
ααααα仪器的实物图调平底盘,将仪器依次挂好;调底盘高度和游标高度,使指针位于游标中心“0”刻度测表面张力实验内容1.安装好仪器,挂好弹簧,调节底板的三个水平调节螺丝,使焦利秤立柱竖直。
在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体,使小指针被夹在两个配重圆柱中间,配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。
调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针,锁紧固定小游标的锁紧螺钉,然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合,当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”),读出游标0线对应刻度的数值L0。
液体表面张力系数的测定实验报告数据液体表面张力系数的测定实验报告数据引言:液体表面张力是指液体分子表面层内部的相互吸引力。
它是液体分子间的一种特殊力,决定了液体在表面上的性质和行为。
本实验旨在通过测定液体表面张力系数,探究液体分子间的相互作用力,并分析实验数据。
实验仪器与试剂:1. 测量液体表面张力的仪器:纸片法测量仪2. 实验液体:蒸馏水、乙醇、甲苯实验步骤:1. 实验前准备:a. 将实验室温度调至恒定,避免温度变化对实验结果的影响。
b. 清洗测量仪器,确保无杂质干扰。
2. 测定蒸馏水的表面张力系数:a. 将测量仪器放置于水平台上,调整纸片的位置,使其悬垂于平台边缘。
b. 缓慢地将蒸馏水滴入纸片上,观察纸片的形态变化,直至纸片完全沉没。
c. 记录滴入蒸馏水的体积,并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
3. 测定乙醇的表面张力系数:a. 重复步骤2中的操作,将乙醇滴入纸片上。
b. 记录滴入乙醇的体积,并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
4. 测定甲苯的表面张力系数:a. 重复步骤2中的操作,将甲苯滴入纸片上。
b. 记录滴入甲苯的体积,并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
实验结果与分析:根据实验数据,我们计算得到了蒸馏水、乙醇和甲苯的表面张力系数。
以下是实验结果的总结:1. 蒸馏水的表面张力系数为X N/m。
通过对纸片的形态变化观察,我们发现蒸馏水的表面张力较大,纸片在滴入水滴后能够悬垂一段时间,表明水分子间的相互作用力较强。
2. 乙醇的表面张力系数为Y N/m。
与蒸馏水相比,乙醇的表面张力系数较小,纸片在滴入乙醇后迅速沉没,表明乙醇分子间的相互作用力较弱。
3. 甲苯的表面张力系数为Z N/m。
与蒸馏水和乙醇相比,甲苯的表面张力系数更小,纸片在滴入甲苯后几乎立即沉没,表明甲苯分子间的相互作用力非常弱。
结论:通过本实验,我们成功测定了蒸馏水、乙醇和甲苯的表面张力系数,并分析了实验数据。
实验结果表明,不同液体的表面张力系数与其分子间的相互作用力有关。
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0时,f方向趋向垂直向下。
在金属片脱离液体前,受力平衡条件为F f mg (1)而f 2 (l d ) (2)则F mg(3)2(l d )若用金属环替代金属片,则(3)式变为F mg( 4)( d1 d 2 )式中 d1, d2 为圆环的内外直径。
若用补偿法消除mg 的影响,即f F mg则( 4)式可写为f( 5)(d1d2 )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。
(完整版)液体表面张力系数的测定实验报告.docx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0时,f方向趋向垂直向下。
在金属片脱离液体前,受力平衡条件为F f mg (1)而f 2 (l d ) (2)则F mg(3)2(l d )若用金属环替代金属片,则(3)式变为F mg( 4)( d1 d 2 )式中 d1, d2 为圆环的内外直径。
若用补偿法消除mg 的影响,即f F mg则( 4)式可写为f( 5)(d1d2 )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。
实验3-3液体表面张力系数的测量液体表面张力是表征液体物理性质的一个重要参量。
测量液体表面张力系数常用的方法之一是拉脱法,该方法的特点是:用称量仪器直接测量液体表面张力,测量方法直观、概念清晰。
由于用此方法液体表面张力大约在321.010~1.010--⨯⨯N/m 之间,因此需要有一种量程范围小、灵敏度高、而且稳定性好的测力仪器,硅压阻式力敏传感器测定仪正能满足测量需要,它不仅灵敏度高、稳定性好,而且可以用数字信号显示,便于计算机实时测量。
一、实验原理:1、液体表面张力系数:液体的表面,由于表层内分子力的作用,存在着一定张力,称为表面张力,正是这种表面张力的存在使液体的表面犹如张紧的弹性模,有收缩的趋势。
设想在液面上有一条直线,表面张力就表现为直线两旁的液面以一定的拉力f 相互作用。
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 L α=比例系数α称为一条的表面张力系数,单位N/m 。
它的大小与液体的成分、纯度以及温度有关(温度升高时,α值减小)。
2、拉脱法测量液体表面张力系数:测量一个已知长度的金属片从待测液体表面脱离时需要的力,从而求得表面张力系数的实验方法称为拉脱法。
若金属片为环状时,考虑一级近似,可以认为脱离力(即:表面张力)为表面张力系数乘以脱离表面的周长。
即:12()f D D απ=⋅+得表面张力系数:12()fD D απ=+其中,f 为拉脱力;D 1、D 2分别为圆环的外径和内径;а为液体表面张力系数。
3、力敏传感器测量拉力的原理:硅压阻力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成,其中芯片由4个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用于金属梁时,电桥失去平衡,产生输出信号,输出电压与所加外力成线性关系,即:U K F=⋅其中,K 为力敏传感器的灵敏度(mV/N ),其大小与输入的工作电压有关;F 为所加的外力;U 为输出的电压。
1.底座及调节螺丝2.升降调节螺母3.培养皿4.金属片状圆环5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳6.数字电压表图2 液体表面张力测量装臵对于本实验装臵,工作原理如下: (1)液膜被拉断前:cos F mg f θ=+拉断前瞬间,0θ≈,cos 1θ≈,即:F mg f ≈+;此时,数字电压表示数为U 1,则:1U Fm g f K=+=。
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)123456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。
液体表面张力系数的测定实验报告数据一、实验目的1、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法。
2、学习使用焦利秤测量微小力的原理和方法。
3、加深对液体表面张力现象的理解。
二、实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面犹如一张拉紧的弹性膜,具有收缩的趋势。
这种沿着液体表面,垂直作用于单位长度上的力称为表面张力。
设想在液面上作一长为$L$ 的线段,那么表面张力的大小$f$ 就与线段长度$L$ 成正比,即:\f =\alpha L\其中,比例系数$\alpha$ 称为液体的表面张力系数,其单位为$N/m$。
在本实验中,我们采用拉脱法测量液体的表面张力系数。
将一洁净的金属圆环水平地浸没于液体中,然后缓慢地拉起圆环,当圆环即将脱离液面时,表面张力垂直向下作用于圆环,且大小为:\F =(m_{1} + m_{2})g + f\其中,$m_{1}$为圆环的质量,$m_{2}$为圆环所沾附液体的质量,$g$ 为重力加速度。
当圆环刚刚脱离液面时,$f$ 达到最大值,此时:\F =(m_{1} + m_{2})g\由于所沾附液体的质量$m_{2}$不易直接测量,可通过测量圆环内外直径$D_{1}$、$D_{2}$,由公式:\m_{2} =\pi (D_{1} + D_{2})\sigma h\计算得出,其中$\sigma$ 为液体的密度,$h$ 为拉起的液膜高度。
三、实验仪器焦利秤、砝码、游标卡尺、金属圆环、纯净水、温度计等。
四、实验步骤1、安装好焦利秤,调节底座水平,使秤框能上下自由移动。
2、测量金属圆环的内外直径$D_{1}$、$D_{2}$,各测量六次,取平均值。
3、挂上砝码盘,调节焦利秤的零点。
4、将金属圆环洗净,用纯净水冲洗后,挂在焦利秤的小钩上。
5、调节升降旋钮,使圆环缓慢下降,浸没于水中,注意保持水平。
6、然后缓慢上升,观察圆环即将脱离液面时的示数,记录此时的拉力$F$。
7、测量水温,记录温度值。