拉脱法测量液体的表面张力系数null拉脱法
测量液体的表面张力系数拉脱法
测量液体的表面张力系数主要内容主要内容一、基本知识点
二、实验仪器
三、实验原理
四、实验内容
五、实验现象的受力分析一、基本知识点1. 液体表面
指液体与气体、液体与固体以及别种不相混合的
液体之间的界面。
一、基本知识点3. 浸润与不浸润现象3. 浸润与不浸润现象 当液体和固体接触时,若
固体和液体分子间的吸引力大
于液体分子间的吸引力,液体
就会沿固体表面扩张,形成薄
膜附着在固体上,这种现象称
为浸润;反之为不浸润...
null拉脱法
测量液体的表面张力系数拉脱法
测量液体的表面张力系数主要内容主要内容一、基本知识点
二、实验仪器
三、实验原理
四、实验内容
五、实验现象的受力分析一、基本知识点1. 液体表面
指液体与气体、液体与固体以及别种不相混合的
液体之间的界面。
一、基本知识点3. 浸润与不浸润现象3. 浸润与不浸润现象 当液体和固体接触时,若
固体和液体分子间的吸引力大
于液体分子间的吸引力,液体
就会沿固体表面扩张,形成薄
膜附着在固体上,这种现象称
为浸润;反之为不浸润现象。4. 表面张力系数4. 表面张力系数 想象在液面上划一条直线,表面张力就表现为直线
两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表面
层,方向恒与直线垂直,大小与直线的长度 L 成正比,
即
f =αL 式中α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-1。它的大小
与液体的成分、纯度、浓度
以及温度有关。 二、实验仪器1.底座及调节螺丝 2.升降调节螺母 3.培养皿
4.金属片状圆环 5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳
6.数字电压表二、实验仪器1. 实验装置2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理(1)传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于处理,所大多数的传感器是将是将物理量等信号转换成电信号输出的。
null(3)原理 △U=B· △F
式中: △F :外力的增量
B :传感器的灵敏度
△U :相应的电压改变量灵敏度:传感器输出量增量与相应输入量增量之
比,单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的
力,力敏传感器的电压改变量为 B mv。三、实验原理1. 拉脱法
测量一个已知周长的金属圆环或金属片从从待测液体
表面脱离时所需的拉力,从而求得该液体表面张力系数的
方法称为拉脱法。所需的拉力是由液体表面张力、环的内
外径及液体材质、纯度等因素决定。
2. 吊环法和吊片法比较
(1)吊环法:使用金属细线制成吊环时,在液膜被拉破的瞬
间接触角不接近于零,此时所测得的力是表面
张力向下的分量,因而所得表面张力系数误差
较大,必须用修正公式对测量结果进行修正。三、实验原理null(2)吊 片 法:虽然液膜被拉破的瞬间接触角趋近于零,
但在具体测量时,由于吊片在拉脱过程
中容易发生倾斜,实验时吊片的长度上限
为3—4cm,而在测量力时,则希望力大
一点,有利于提高测量精确度。
(3)片状吊环:新设计有一定厚度的片状吊环。经过对
不同直径吊环的多次试验,发现当调换
直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉
破的瞬间液体与金属环之间的接触角接
近于零,此时接触面总周长约为20cm左
右。在保持接触角为零时,能得到一个
较大的待测力。3. 实验原理3. 实验原理使用片状吊环,在液膜拉破前瞬
间,考虑一级近似,认为液体的
表面张力为:
f = f1 + f2 = αл(D1+ D2)
这里α为表面张力系数,D1、
D2分别为吊环的外径和内径。
液膜拉破前瞬间的受力分析图片状吊环在液膜拉破前瞬间有:
F1 = mg + f1 + f2
此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比,有:
U1 = BF1液膜拉破后瞬间的受力分析图片状吊环在液膜拉破后瞬间有:
F2 = mg
同样有 U2 = BF2
片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为:
液膜拉破后瞬间的受力分析图 U1- U2 = △U = B· △F = B(F1- F2)= Bαл(D1+ D2)
由上式可以得到液体的表面张力系数为:
这里U1——液膜拉断前瞬间电压表的读数
U2 ——液膜拉断后瞬间电压表的读数四、实验内容1. 实验方法
(1)接通数字电压表及直流电源,预热15分钟。保证测力方向和传感器
起弹簧片的平面垂直。
(2)传感器定标:挂上砝码盘将数字电压表调零,等质量的加砝码,依
次从电压表读出相应的电压输出值。用最小二乘法拟合,求出传感
器的灵敏度B。
(3)将片状吊环洗净,挂在小钩上,调节升降螺母,将其浸没于液体中,
反方向调节升降螺母,液面逐渐下降,这时,金属环和液面形成一
环形液膜,继续使液面下降,测出液膜拉断前瞬间电压表的读数U1
和液膜拉断后瞬间电压表的读数U2。
(4)把测量的数据输入编写的程序,计算得到传感器的灵敏度B和液体
的表面张力系数α。
四、实验内容2. 定标2. 定标
向砝码盘内一次加不同质量的砝码,测出相应
拉力时传感器的电压输出值,实验结果见表1。采
用最小二乘法可求得:
灵敏度:B = 3.186×103 mv/N
拟合的线性相关系数:r = 0.0428 mv
表1 力敏传感器定标3. 实验结果(1)自来水表面张力系数的测定
3. 实验结果(2)伊利纯牛奶表面张力系数的测定
自来水自来水伊利牛奶4. 液体浓度对表面张力的影响(1) 10克白糖50克水,t = 24℃,α14. 液体浓度对表面张力的影响(2) 20克白糖50克水,t = 24℃, α2(3) 20克白糖50克水,t = 24℃, α3null通过计算机计算可得:
α1=40.12×10-3N/m
α2=36.19×10-3N/m
α3=35.49×10-3N/m五、实验现象的受力分析对整个的实验过程,可以分为以下3个阶段:五、实验现象的受力分析吊环浸没在水中,
电压表显示负值反方向旋转螺母,
电压表读数增加继续旋转读数增
加到一个最大值继续旋转,
读数开始减小减小到某一个
值,液膜破裂此时,观察电压表
读数,记下U1、U2 阶段1阶段2阶段31. 阶段1的受力分析1. 阶段1的受力分析吊环下沿浸没在水中时,有2. 阶段2的受力分析 达到最大值后,继续反方向转动调节螺母,可以发
现,电压表读数开始减小,这主要是因为附着在液膜上
的水在重力的作用下向下滑,所以拉力减小。2. 阶段2的受力分析3. 阶段3的受力分析3. 阶段3的受力分析 在液膜拉破前瞬间有:
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
在液膜拉破后瞬间有:
F2 = mgnull
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