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水表面张力系数的测定实验报告.doc

水表面张力系数的测定实验报告

默笙我是何以琛
2017-09-28 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《水表面张力系数的测定实验报告doc》,可适用于高等教育领域

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成绩姓名童凌炜学号实验台号实验时间年月日第周星期三第节教师签字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:()理解表面张力现象。()用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。主要仪器设备:FDNSTI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L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L即f=αL(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f。由于忽略水膜的重力和浮力拉吊环一共受到三个力即重力W、液面的拉力f、传感器的弹力F拉FfW,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f拉就是表面张力f。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D、D,则界限长度L=πDπD。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL则有F,,,(DD)水膜被拉断前传感器受力FF,,,(DD)W在水膜拉断后传感器受力FF,W由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为F,F,,,(DD)步骤与操作方法:()力敏传感器的定标i开机预热分钟。ii将仪器调零后改变砝码重量再记录对应的电压值。得到UG关系完成传感器的定标。()水的表面张力及吊环内外径的测量i测量吊环的内径D和外径D(各测量次取平均)。ii严格处理干净吊环。先用NaOH溶液洗净再用清水冲洗干净。iii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)。iv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V和拉断后的电压表读数V(该步骤重复次)。数据记录与处理:以下为测量所得的直接数据()仪器的定标naVmVmgnbVmVmg()表面张力电压的测量nVmVVmV()圆环的内外径nDmmDmm结果与分析:一、张力仪的定标VVaibi从已知数据令得到一下结果V,F,mgiavgVmVFN设两者存在关系V=kF使用LINEST函数直接对数据进行直线拟合得到k=接下来使用MLS计算Uk:avgVall=Vik*FiΔv^SUMΔv^=mvSv=Fi^SUMFi^SvS,,kF,iUk=Sk*t=*=*修约后的Uk=mVNk的最终结果为()*mVN得到VF关系方程为V=*F二、拉力电压数据的处理断膜瞬间电压VnVmVavgVall=mVViVavgΔV^SUMΔVi^=SvtUva=Sv*t=mVUvb=mVUvmV修约后的UvmVV的最终结果为mV断膜后电压VnVmVavgVall=mVViVavgΔV^SUMΔVi^=SvtUva=Sv*t=mVUvb=mVUvmV修约后的UvmVV的最终结果为mV三、圆环内外径数据的处理nDmmDmmDavg=mmDavg=mmUD=UD=mm得到内外径的最终结果为DmmDmm四、水表面拉力系数的计算与处理F,F,根据以上数据代入计算公式得到,,,(DD)UUUUUvvkDDU,,(),又,(V,V)k(DD)修约后的Uα=得到张力系数最终结果为α=()*Nm讨论、建议与质疑:()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。()引起误差的原因会有一下几点: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k过大导致最后求得的结果偏小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的水膜长度只是吊环周长的一小部分这会会导致最后求得的结果偏小测定仪测量电压值并不是连续的需要一定的时间来进行反应若在水膜即将破裂时水面下降过快传感器尚未显示出实际的最大电压值吊环就已经脱离水面。这样会导致所测得的张力过小从而导致求得的系数过小()生活中常见的表面张力现象有:水杯中盛半杯水时水面边缘沿内杯壁向上延展一定高度盛满水后在添加少量水可以看到水面高出杯壁呈现拱形但没有水溢出。在平整干燥且洁净的玻璃表面滴上水滴可以看到水滴总是以最快的速度缩成尽可能地接近圆形而起初水滴的形状如何。()对本实验的体会与改进建议:本实验中最终要的测量步骤是测量吊环与水膜断开瞬间的电压值由于是瞬时值故对操作的要求很高。在实验中可以发现当液面从最高点(此时认为吊环已经浸润)开始下降时传感器的电压示数呈现如下的变化规律:一开始电压随液面的下降而上升此时可以较快地旋转升降螺母使液面下降电压上升到某一较大值后将在一段时间内维持不变此时表明水膜的拉力以达到最大值应放慢螺母旋转的速度使水面缓慢下降之后电压将呈现下降的趋势这时说明水膜即将破裂应极其缓慢地旋转螺母保证液面平稳下降且不产生波纹同时密切注意电压读数和水膜状态一面观察水膜一面逐个记忆读数当水膜破裂瞬间得到的读数即为所需的测量值。做实验中发现吊环仪器的制作比较粗糙用于悬挂的金属丝长度不整且有较严重的扭曲这些都不利于吊环的水平位置调节。因此建议对吊环仪器应当精密制作使用三根等长的金属丝拴在吊环中心对称且等高的三个孔上并且上端在同一长度位置上拧成一股这样可以保证静止悬挂时吊环即处在基本符合标准的水平位置上。

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