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实验26液体表面张力系数的测定 为什么少量水银在干净的玻璃板上会收缩成球冠状，而水却会扩展开来 ？为什么朝霞里 青草上会洒满晶莹的露珠 ？其原因在于液体和固体界面附近分子的相互作用。 表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极 薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。 液体表面层的分子有从液面挤入液内的 趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势， 整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜， 我们把 这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。 表面张力描述了液体表层附近分子力的 宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。比如化工生 产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、 植物体内液体的运动与 平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重 要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有： 拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法 等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1?了解液体表面的性质。 学习力敏变传感器的定标方法。 3 ?掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据的方法。 【实验仪器】 WBM-1A拉脱法液体表面张力实验仪 ，水槽，砝码，镊子，吊环，砝码吊盒，游标卡尺 【实验原理】 表面张力的大小可以用表面张力系数 a来描述。设想在液面上作一长为 I的线段，则张 力的作用表现在线段两边液面以一定的拉力 f相互作用，而且力的方向恒与线段垂直， 大小 与线段长I成正比，即 f =二 I (1) 式中〉称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力 ，其单位 为 N / m。 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中， 然后缓 慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面 f (p 、 收缩的表面张力 沿液面的切线方向，角 称为湿润 角(或接触角)。当继续提起圆筒形吊环时， 角逐 图L圆形吊坏从潢面缓慢拉起受力示金图 渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力 膜破裂时的拉力为F ,则有 F = (m m0)g 2f 均垂直向下，设拉起液(2)式中，m为粘附在吊环上的液体的质量， m°为吊环质量，因表面张力的大小与接触 均垂直向下，设拉起液 (2) 2f 内 D 2f 内 D外）： 则表面张力系数:-为： (3) _ F - （m m°）g n（D 内+ D外） （ 4 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄， m很小可以忽略，于是公式简化为: F -m°g (5) 表面张力系数:与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液 体的温度越高，值越小，所含杂质越多，值也越小。只要上述这些条件保持一定，：?值 就是一个常数。本实验的核心部分是准确测定 F - mog，即圆筒形吊环所受到向下的表面 张力，我们用 WBM-1A型液体表面张力系数测定仪测定这个力。 【实验仪器】 WBM-1A型液体表面张力系数测定仪主要结构是： 1、底板；2、升降台；3、立杆；4、 水盒；5、锁紧螺丝；6、霍尔法位移式力敏传感器； 7、传感器接口； 8、机械调零旋钮；9、 吊钩；10、吊环；11、升降旋钮；12、水平调节旋钮；13、功能切换按钮；14、工作指示； 15、调零旋钮（如图 2所示）。 1.底板2. 升降台3.立杆4.水盒5.锁紧螺丝6.传感器部分7.传感器接口 8.旋钮 9.吊钩10.吊环11. 升降旋钮12. 水平调节旋钮13. 功能切换 14.工作指示15.调零旋钮 图2仪器结构示意图 【实验内容】 1、 实验前的准备 （1） 、开机预热15分钟； （2） 、调节测试台底部三个调节螺钉，使水平仪指示在中心位置； （3） 、将金属圆环用无水酒精洗净凉干，此步骤可在预热时完成； 2、 定标力敏传感器转换系数 K （1） 、将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上。 调节调零电位器旋钮，使数字电压表显示 在（（0 - 100 mV ）之间；并记录初读数 U。（该读数包括砝码盘的重量）。 （2） 、在砝码盘中依次加上 1000mg、2000mg、3000mg、...、7000mg砝码（自小到大 依次操作），记录相应这些砝码力 F作用下，数字电压表的读数 U2、U3、...、U7，并 记入表1。 （3）、按砝码盘中的砝码质量依次为 7000mg、6000mg、5000mg、...1000mg、0mg的 顺序再测量一次，记下相应的电压表读数 U7、U6、U5、...、U1 U0，然后求出两次测量的 各U的平均值。 （4 （4）、用逐差法求力敏传感器的转换系数 K二？（N/mV）。 3、测定水的表面张力系数 :■ （1） 、将玻璃器皿洗净，盛水后（不要盛得太多）置于测试台的托盘上；