拉托法測液體表面張力系數(shù)

1、拉脫法測液體表面張力系數(shù) 摘要:該文用拉脫法測量液體表面張力系數(shù)，對拉脫過程中受力情況進(jìn)行分析，重視數(shù)據(jù)分析，對不同的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，并完善試驗(yàn)。關(guān)鍵字:焦利氏秤；表面張力系數(shù)；接觸角；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 Pulled out of the measuring liquid surface tension coefficientAbstract:Pulled out the use of the liquid surface tension and pulled out of the situation in the process of analysis and data analysis of d

2、ifferent physical analysis and improvement of the experimentKeywords: giogli ； the scale of contact angle surface tension ； ； experiment phenomenon1引言液體內(nèi)部由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，各個(gè)方向的物理性質(zhì)是相同的；而在液體表面 ,如液體與氣體分界的表面，液體與周圍的接觸面以及兩種不易混合的液體之間的界面都可以觀察到一些特殊的表面現(xiàn)象，表現(xiàn)出液體表面和液體內(nèi)部不同的性質(zhì)。液體具有收縮表面積，使表面積達(dá)到最小的性質(zhì)。本人所在的實(shí)驗(yàn)室，用拉脫法測量蒸餾水和

3、酒精的表面張力系數(shù)，在不同的溫度下反復(fù)測量，蒸餾水測量值總比標(biāo)準(zhǔn)值小，酒精測量值總比標(biāo)準(zhǔn)值大。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)習(xí)試著做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 2學(xué)習(xí)用拉脫法測液體表面張力系數(shù)2.2 實(shí)驗(yàn)原理設(shè)想將一表面潔凈的矩形金屬絲框豎直地浸入水中，使其底邊保持水平，然后輕輕提起，則其附近的液面將呈現(xiàn)出如圖(一)所示的形狀，即絲框上掛有一層水膜。水膜的兩個(gè)表面沿著切線方向有作用力f，稱為表面張力，為接觸角，當(dāng)緩緩拉出金屬絲框時(shí)，接觸角逐漸減少而趨向于零。這時(shí)表面張力f垂直向下，其大小與金屬絲框水平段的長度L成正比，故有F=L (1)圖(一)式中，比例系數(shù)稱為表面張力系數(shù)，它在數(shù)值上等于單位長度上的表面張力。

4、表面張力系數(shù)與液體種類、純度、溫度等有關(guān)。試驗(yàn)表明，液體溫度越高，的值就越??；所含雜質(zhì)越多，值夜越??；上述條件一定，則的值為一常數(shù)。在金屬絲框緩慢拉出水面的過程中，金屬絲框下面將帶起一水膜，當(dāng)水膜剛被拉斷時(shí)，諸力的平衡條件是:F=W+f+dhg (2)式中，F(xiàn)為彈簧向上的拉力，W為簿片的重力，h為簿片下液膜的高度，為液體密度，和d為液膜的長度和厚度。故由(1)式知表面張力為:f=2(l+d) (3)代入(2)式可得 (4)如圖(二)，用金屬絲圓環(huán)代替金屬絲框，則(4)式又變?yōu)? (5) 圖(二)其中是外環(huán)直徑，為內(nèi)環(huán)直徑。(4)(5)式中，數(shù)值很小，在計(jì)算中可以忽略。2.3 試驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.

5、安裝焦利秤;2.測量彈簧的勁度系數(shù)：k;按要求調(diào)節(jié)儀器，旋轉(zhuǎn)手輪使小鏡子上的刻線、玻璃套筒上的刻線與玻璃套筒上的刻線在小鏡子里的像三者相互對齊，即 “三線合一”。在砝碼盤中依次加上0.5克、1.0克、1.5克2.5克砝碼，在保證三線對齊的狀態(tài)下，記下相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)、；再依次減小0.5g砝碼使“三線對齊”并記下相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù),計(jì)算各彈簧讀數(shù)平均值，利用胡克定理和逐差法求得勁度系數(shù)k。3.測蒸餾水表面張力作用下的彈簧伸長和夜膜高度直接調(diào)節(jié)升降旋鈕G，記下形金屬絲橫臂或金屬絲圓環(huán)臂快與液面接觸時(shí)讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)使液面上升至于金屬絲相平。然后緩慢調(diào)節(jié)G向上拉起彈簧直至液膜被拉破為止，記下游標(biāo)讀數(shù)。則兩次讀數(shù)

6、之差-等于拉起水膜時(shí)彈簧的伸長與液膜高度h之和，故有 (7)重復(fù)三次，求出的平均值。再用一細(xì)長金屬桿代替彈簧，同上做拉斷液膜的操作，這時(shí)兩讀數(shù)之差等于液膜高度h，即 h= (8)重復(fù)五次，求出的平均值因此，由式(4)或式(5)求得的值。形金屬絲框液膜的長度和厚度測得見表二 金屬絲環(huán) 測得金屬絲環(huán)的、于表四，測得、 、見表五4.測乙醇表面張力作用下的彈簧伸長和夜膜高度形金屬絲框試驗(yàn)測得的、 、見表六金屬絲環(huán)試驗(yàn)測得的、 、見表七5.用金屬絲框測肥皂水表面張力系數(shù)6.測不同溫度下蒸餾水表面張力系數(shù)的變化試驗(yàn)測得不同溫度蒸餾水的形金屬絲框的、 、見表九2.4 數(shù)據(jù)記錄與處理質(zhì)量 增重讀數(shù) 減重讀數(shù)

7、平均數(shù) 0.0g3.15cm3.11cm3.13cm0.5g3.64cm3.61cm3.63cm1.0g4.10cm4.09cm4.09cm1.5g4.59cm4.57cm4.58cm2.0g5.06cm5.04cm5,05cm2.5g5.57cm5.57cm5.57cm表一k= (6)得出k=1.018N/m.L44.44mm44.46mm44.42mmd1.28mm1.26mm1.22mm表二計(jì)算得: =44.44mm,=1.25mm。游標(biāo)卡尺=0.02mm,所以(L)=(d)=0.012mm.計(jì)算得 ()=0.012mm，()=0.018mm.合成不確定度為:u(L)=0.017mm，u

8、(d)=0.022mm測量結(jié)果為:L=(44.440.02)mm，d=(1.250.02)mm試驗(yàn)測得的、 、見表三4.39cm3.48cm0.59cm0.23cm0.91cm0.36cm5.29cm4.37cm4.34cm3.99cm0.92cm0.37cm6.19cm5.20cm5.21cm4.86cm0.99cm0.35cm表三 用公式(4)算得:= N/m.由表三算得: u()=0.025cm，u()=0.006cm合成不確定度為:u()=2.33 N/m.則測量結(jié)果: N/m (此時(shí)水的溫度:20.1) 相對誤差為:=11.1958.72mm58.70mm58.70mm57.98mm

9、57.96mm57.94mm表四6.98cm3.93cm6.27cm5.91cm3.05cm0.36cm4.06cm0.95cm1.00cm0.64cm3.11cm0.36cm6.05cm3.25cm2.98cm2.60cm2.80cm0.38cm表五計(jì)算得 =74.8 N/m ，=74.8N/m，=67.3N/m=72.30 N/m相對誤差為: =0.6 (此時(shí)水的溫度:20.1)3.93cm3.34cm6.53cm6.02cm0.59cm0.51cm4.53cm3.93cm3.90cm3.39cm0.60cm0.51cm5.12cm4.51cm4.53cm4.01cm0.61cm0.52c

10、m表六計(jì)算得 =22.23 N/m ，=25.01N/m，=19.45N/m=22.23 N/m相對誤差為:=1.05 (20.1)5.08cm4.11cm5.42cm5.08cm0.97cm0.34cm4.97cm3.85cm4.01cm3.07cm1.12cm0.31cm5.92cm4.75cm4.75cm4.58cm1.17cm0.17cm表七計(jì)算得 =17.5 N/m ，=22.5N/m，=27.8N/m=22.6 N/m相對誤差為: =2.78 (20.1)3.93cm3.05cm3.96cm3.32cm0.88cm0.64cm4.98cm4.11cm4.97cm4.34cm0.87

11、cm0.63cm4.01cm3.12cm3.99cm3.38cm0.890.61cm 表八計(jì)算得 =26.74 N/m ，=26.74N/m，=31.19N/m=28.22 N/m由試驗(yàn)結(jié)果可知，在蒸餾水中加上肥皂水會(huì)使液體表面張力系數(shù)降低。H=()-()43.01.24cm0.31cm1.79cm1.23cm0.37cm32.53.11cm2.24cm2.23cm1.79cm0.43cm24.64.10cm3.10cm4.86cm4.51cm0.65cm表九 由數(shù)據(jù)可知，,故。得出結(jié)論: 水在不同的溫度下其表面張力大小是不同的，液體隨溫度升高，液體表面張力系數(shù)變小。3實(shí)驗(yàn)分析本次試驗(yàn)中我們先

12、是測定了蒸餾水的表面張力系數(shù),我們注意到外因素界對實(shí)驗(yàn)的影響,1:桌面要保證穩(wěn)流動(dòng)影響定,焦利稱底座保證水平,無特殊氣體影響,從而保證彈簧工作的自然性;2: 形金屬絲框不能做的很長(太長則難于平衡),使得被拉起的液膜和金屬絲框重量相對表面張力過大,測量彈簧形變量偏小,誤差難以避免;金屬絲框?qū)χc(diǎn)分布不對稱,在拉液膜時(shí)易呈歪斜狀態(tài),同樣造成誤差;另外金屬絲框下拉長度太小,對拉液膜的過程也有著顯著影響,使得表面張力大小不能與下拉長度成簡單正比,形成誤差;3:金屬絲框拉起時(shí)要保持水平,不能傾斜,而且動(dòng)作要慢,要輕柔.不要使液膜過早破裂.然后我們又使用控制變量法,1: 改變液體,測量了酒精的表面張力系

13、張力數(shù)，2:改變金屬絲類型，用金屬絲圓環(huán)代替形金屬絲框測量蒸餾水和酒精的表面張力系數(shù)，3: 我們通過使用肥皂水,破壞了純水的表面張力,測量了相應(yīng)的液體表面張力系數(shù)，4:另外，我們改變了溫度,測出相應(yīng)的張力系數(shù)。最后，我們對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了精細(xì)的分析，計(jì)算出表面張力系數(shù)的不確定度和相對誤差，得出的結(jié)果基本符合物理規(guī)律。試驗(yàn)中還要注意以下事項(xiàng):1.測量表面張力時(shí)，動(dòng)作要慢，還要防止儀器受增振動(dòng)。2實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意保護(hù)彈簧使其不受折損，不要隨意拉長或掛重物，要輕拿輕放，切忌用力拉。3. 型金屬絲框和燒杯中的水必須保持潔凈，不要用手觸摸燒杯內(nèi)側(cè)和型金屬絲，也不要用手觸及水面。4作者簡介許章波 男 土木建筑學(xué)院橋梁工程4班 學(xué)號(hào)： 09010819吳選比 男 土木建筑學(xué)院橋梁工程4班 學(xué)號(hào)： 090108