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表面张力系数的测定.doc

表面张力系数的测定

wu桂凤wu
2017-10-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《表面张力系数的测定doc》,可适用于高等教育领域

表面张力系数的测定表面张力系数的测定(本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》)为什么少量水银在干净的玻璃板上会收缩成球冠状而水则会扩展开来,为什么朝霞里青草上会洒满晶莹的露珠,其原因在于液体和固体界面附近分子的相互作用。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。测量液体(例如水)的表面张力系数有多种方法如最大泡压法、平板法(亦称拉普拉斯法)、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。这里只介绍焦利氏秤法。在本实验中要着重学习焦利氏秤独特的设计原理并用它测量液体的表面张力系数。实验原理当液体和固体接触时若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力液体就会沿固体表面扩展这种现象叫润湿。若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力液体就不会在固体表面扩展叫不润湿。润湿与否取决于液体、固体的性质如纯水能完全润湿干净的玻璃但不能润湿石蜡水银不能润湿玻璃却能润湿干净的铜、铁等。润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁度密切相关实验中要予以特别注意。液体表层内分子力的宏观表现使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比比例系数称为表面张力系数。把金属丝AB弯成如图(a)所示的形状并将其悬挂在灵敏的测力计上然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时金属丝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最大值F(超过此值膜即破裂)。则F应当是金属丝重力mg与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由于液膜有两个表面若每个表面的力为F’则由F,mgF'F,mg得()F',显然表面张力F’是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力其方向沿着液体表面且垂直于该分界线。表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即F',,l()式中σ称为表面张力系数单位是Nm。表面张力系数与液体的性质有关密度小而易挥发的液体σ小反之σ较大表面张力系数还与杂质和温度有关液体中掺入某些杂质可以增加σ而掺入另一些杂质可能会减小σ温度升高表面张力系数σ将降低。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F’。用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的F的应用焦利氏秤则克服了这一困难可以方便地测量表面张力F’。实验内容焦利氏秤由固定在底座上的秤框、可升降的金属杆和锥形弹簧秤等部分组成如图所示。在秤框上固定有下部可调节的载物平台、作为平衡参考点用的玻璃管和作弹簧伸长量读数用的游标升降杆位于秤框内部其上部有刻度用以读出高度框顶端带有螺旋供固定锥形弹簧秤用杆的上升和下降由位于秤框下端的升降钮控制锥形弹簧秤由锥形弹簧、带小镜子的金属挂钩及砝码盘组成。带镜子的挂钩从平衡指示玻璃管内穿过且不与玻璃管相碰。焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同:普通的弹簧秤是固定上端通过下端移动的距离来称衡而焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置靠上端的位移大小来称衡。其次为了克服因弹簧自重引起弹性系数的变化把弹簧做成锥形。由于焦利氏秤的特点在使用中应保持让小镜中的指示横线、平衡指示玻璃管上的刻度线及其在小镜中的像三者对齐简称为三线对齐作为弹簧下端的固定起算点。(确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数()把锥形弹簧带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝使秤框竖直小镜子应正好位于玻璃管中间挂钩上下运动时不致与管摩擦。()逐次在砝码盘内放入砝码调节升降钮做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。用逐差法和作图法计算出弹簧的劲度系数。(测量自来水的表面张力系数()用钢板尺测量金属圈的直径和金属丝两脚之间的距离s。()取下砝码在砝码盘下挂上已清洗过的金属圈仍保持三线对齐记下升降杆读数l。()把盛有自来水的烧杯放在焦利氏秤台上调节平台的微调螺丝和升降钮使金属圈浸入水面以下。()缓慢地旋转平台微调螺丝和升降钮注意烧杯下降和金属杆上升时始终保持三线对齐。当液膜刚要破裂时记下金属杆的读数。测量次取平均计算自来水的表面张力系数和不确定度。(测量肥皂水的表面张力系数用金属丝代替金属圈重新确定弹簧的起始位置l测量步骤同。思考题(焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点,(有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机(图)。A管中液面高于B管由连通器原理B管下端滴水而滴水可以作功水又回到槽内成为永动机。试分析其谬误所在。

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