文档介绍：液体表面张力系数测定实验报告
液体表面张力系数测定实验报告
液体表面张力系数测定实验报告
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 f =a L （ L 为圆形液膜的周长），则有
F = mg+2s L
（ 2）
所以
s = F - mg
（ 3）
2 L
圆形液膜的周长 L 与金属圆环的平均周长 L, 相当，若圆环的内、外直
径分别为 D 1, D 2 。则圆形液膜的周长
L≈L’= （D+D）/2
（4）
p
12
F - mg
将（4）式代入（ 3）式得s =
（ 5）
p (D1 - D2)
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 D U = KD F
（ 6）
式中， F 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 ； U 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
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。如图 2 所示， f 为
表面张力，其方向沿着凹球面的切线方向，大小为 f = 2p rs ，其中
r 为毛细管的内孔半径。设为接触角（与液体和管壁材料的性质有
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面的部关），凹球面的半径为

R ，由图

2

可知

cosj

=

r

，由表面张
液体表