文档介绍：液体表面张力系数测定
编者:黄彦
【实验目的】
(1) 了解力敏传感器的原理和掌握其标定方法
(2) 了解液体表面的性质,用拉脱法测定液体表面张力系数。
【实验仪器】
DH4607型液体表面张力系数测定仪,其它配置为:硅压阻力敏传感器1只,测试玻璃皿1只,配件盒(吊环1只,,,;砝码盘1只,,镊子1个,水准泡1个),纯净水,NaOH溶液。
图1液体表面张力系数测定仪
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【实验原理】
1. 液体的表面张力
液体与空气接触形成表面层,其厚度的数量级与分子力作用球半径的数量级相同。由于表面层内液体分子受力情况不同于液体内部,使得液体表面具有一种不同于液体内部的特殊性质。即液体内部相邻液体间的相互作用表现为压力,而液体表面相邻液面间的相互作用则表现为张力。由于这种力的存在,引起弯曲液面内外出现压强差,以及常见的毛细现象等。许多现象表明,液体表面有自动收缩的趋势。
这一事实可以通过以下实验进行观察和分析。取一个钢丝制成的矩形框架如图2(a),矩形的一边AB可以在框架上自由滑动。将框架浸入浓肥皂液后取出,框架上就会形成一个矩形肥皂膜ABCD,用手轻轻扶住AB两端,即加以外力F外,液膜面积可保持不变。如果除去外力,则见到液膜自动收缩如图2(b)。在图2中,当AB边保持平衡时,可以通过测定外力的大小来测出表面张力。实验事实表明,表面张力f的大小与液面的周界(或截线)长度l成正比,即
(1)
图2 液体表面张力演示
(1)式中比例系数a称为表面张力系数(单位:N×m-1),其数值等于液面上作用在每单位长度截线(或周界)上的表面张力。注意在图2的实验中,因液膜有两个表面,所以钢丝A、B受力情况从横断面看如图2(c)所示,所以平衡时有
(2)
表面张力系数的大小主要由物质种类决定。一般说来,易挥发的液体a值小,a还跟与液体相邻的物质种类以及液体温度有关。温度越高,a值越小。表1列出了在不同温度下某些液体(与空气或水的交界面)的表面张力系数。此外,表面张力还与液体所含杂质有关,有的杂质能使液体表面张力系数减小。
表1 一些液体(与空气或水的交界面)的表面张力系数
液体种类
t/℃
a (×10-3)/ N×m-1
水(与空气)
0
10
15
18
20
25
30
50
100
水银(与空气)
18
490
水银(与水)
20
472
酒精(与空气)
18
23
***(与空气)
20
肥皂水(与空气)
20
40
2. 拉脱法
测量表面张力系数的常用方法:拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此实验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法,通常采用物体的弹性形变(伸长或扭转)来量度力的大小。
用测量一个已知周长的金属圆环或金属片,从待测液体表面脱离时所需要的力,求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。
实验中采用金属圆环,将其底部水平浸入液面中,然后缓慢地使液面下降。当