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液体表面张力系数的测定.doc

液体表面张力系数的测定

Marcus功利
2017-10-24 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《液体表面张力系数的测定doc》,可适用于综合领域

液体表面张力系数的测定实验内容.测定焦利氏弹簧的倔强系数。.测定水的表面张力系数。教学要求.了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法。.学习拉脱法测定水的表面张力系数。.掌握用逐差法处理数据。.了解弹簧平衡位置的选取对所研究问题的作用。实验器材焦利氏秤Π型金属丝框g法码只,游标卡尺,玻璃杯,酒精,金属镊子,温度计。许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关液体表面的主要性质就是表面张力。例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等工业生产中使用的浮选技术动植物体内液体的运动土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。液体表面是具有厚度为分子有效半径(约,m)的液体薄层。根据分子运动论液体表面层内的液体分子与液体内部分子比较缺少一半能对其起吸收作用的液体分子因而受到一个指向液体内部的力这样液体表面在宏观上就好像一张绷紧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。用表面张力系数,来描述。因此对液体表面张力系数的测定可以为分析液体表面的分子分布及结构提供帮助。液体的表面张力系数,与液体的性质、杂质情况、温度等有关。当液面与其蒸汽相接触时表面张力仅与液体性质及温度有关。一般来讲密度小易挥发液体,小温度愈高,愈小。测量液体表面张力系数有多种方法如拉脱法毛细管法平板法最大工业气泡压力法等。本实验是用拉脱法测定水的表面张力系数。实验原理如果在液体表面想象一条直线段那么,表面张力就表现为线段两边的的液面会以L一定的拉力F相互作用,此拉力方向垂直于线段,大小与此线段的长度成正比,即L,F,,L(),其中,为液体表面张力系数,国际制中单位为牛顿米记为N•M数值上等于作用在液体表面单位长度上的力的大小。拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。由分子运动论可知当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时就会产生液体浸润固体的现象。现将一洁净Π型金属丝浸入水中由于水能浸润金属当拉起金属丝时在Π型金属丝框内就形成双面水膜。设Π型金属丝的直径为d内宽为L重量mg受浮力f弹簧向上的拉力F液体的表面张力为F。则Π型丝的受力平衡条件为,Ff,mgF(),设接触角为β由于水膜宽度为(Ld),则表面张力为()F,,(LD)cos,,缓慢拉起Π型丝至水面时接触角β趋近于零上式中cosβ。由于Π型丝不仅本身体积小重量轻而且在拉膜过程中重力和浮力的方向总是相反而相互抵消。如取Π型丝上边缘恰与水面平齐时为弹簧的平衡位置x,重力对弹簧的伸长量的贡献完全可以忽略不计。于是可得当缓慢拉起Π型丝至水膜刚好破裂的瞬间,x表面张力与弹簧的弹力F的大小相等。即有F,()F,F,由()式得,=(Ld),由胡克定律知代入上式整理得FF,k,,x,k,,x,=()Ld其中k为焦利弹簧秤的倔强系数可由实验测出为拉膜过程中焦利弹簧的最大伸长,x量可由游标的位置计算出来L为Π型丝的宽度d为Π型丝的直径。通常与L相比d是很小的以致于可以忽略不计故式()可改写为k,,x,=()L由上式可知此实验主要有两项内容:一是测量焦利弹簧的倔强系数k二是通过拉膜过程测出。,x操作步骤安装调试仪器。安装好支架装挂好弹簧小镜、砝码盘及Π型丝框等调节支架底座螺丝钉使金属杆铅直使小镜悬在玻璃管中央。测定焦利氏秤的倔强系数k。首先调节支架升降旋钮使小镜上的水平线C玻璃管上的水平线D及D在小镜中的像Dˊ“三线重合”记下标尺读数x其次将等量的小砝码(g)逐个加入砝码盘每加一个砝码应重新调节升降旋钮使“三线重合”再读出游标位置x(一般取i)最后再逐个减砝码每减一个仍需调节升降旋钮i,使“三线重合”后再读出游标位置与x对应的游标位置记为。用逐差法处理数据xii求出倔强系数,k及不确定度。k测定水的表面张力系数,用游标卡尺测出Π型丝框的宽度L重复测量次求平均。将盛有适量水的玻璃烧杯置于支架的载物平台上将Π型丝框用酒精洗净后挂在砝码盘下的小钩上。调节载物台和升降钮的高度使Π型丝完全浸入水中。在保证“三线重合”的条件下一手调节升降钮一手调节载物台的高度至Π型丝框上边缘刚好与水面平齐时记下支架上游标的位置x。在保证“三线重合”的条件下继续缓慢调节升降旋钮和载物台至Π型丝框刚好脱离液面为止记下游标位置x。重复~步骤次。记下实验前、后的室温取平均后作为测量过程中水的温度t。.计算水的表面张力系数,,及其不确定度。,注意事项在实验过程中要始终保证小镜悬于玻管中央。焦利氏弹簧是精密元件应轻拿轻放防止损坏。测量Π型丝宽度时应平放于纸上防止变形。。x拉膜时动作要平稳、轻缓不能在振动不定的情况下测量。.清洁后的玻璃杯和Π型丝不可用手触摸。.测量时要始终保证“三线重合”并在丝框上边缘与水面平齐时读取问题讨论.在拉膜时弹簧的初始位置如何确定?为什么?.在拉膜过程中为什么要始终保持“三线重合”为实现此条件实验中应如何操作?.如果金属丝玻璃杯和水不洁净对测量结果将会带来什么影响.本实验能否用图解法求焦利秤的倔强系数?.分析引起液体表面张力系数测量不确定度的因素哪一因素的影响较大?.如果Π型金属丝不规则或拉出水面时不水平对测量结果有何影响?

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