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液体表面张力系数的测定

液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方
法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接
测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力
的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2N之间，因此
需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅
压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、
扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液
体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液
进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这
个概念加深理解。
[实验目的]
1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数
2．学习力敏传感器的定标方法
[实验原理]
测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系
数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表
面张力系数乘上脱离表面的周长，即
F=α·π(D十D)（1）
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式中，F为脱离力，D，D分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．
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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此，即
△U=KF（2）
式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的
大小。
[实验装置]
1.结构图

图1结构图
1、水平调节螺丝2、升降螺丝3、玻璃器皿4、吊环5、力敏传感器6、支架7、
固定螺丝8、航空插头9、底座10、数字电压表11、调零

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图2为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测
量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力
敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液
体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果
较为正确。

图2液体表面张力测定装置
2.仪器组成及技术指标
2.1硅压阻力敏传感器
（1）受力量程：0—0.098N
（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）
（3）非线性误差：≤0.2%
（4）供电电压：直流3～6伏
2.2显示部分
（1）读数显示：200mV三位半数显表
（2）调零：手动多圈电位器
（3）连接方式：5芯航空插头
2.3力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置
2.4吊环：外径φ3.5cm、内径φ3.3、高0.8cm的铝合金吊环。
2.5直径φ12.00cm或φ13.00cm玻璃器皿一只
2.6砝码盘及0.5克砝码7只
2.7用本仪器测量水等液体的表面张力系数的误差≤5%
3.使用步骤
3.1开机预热。
3.2清洗玻璃器皿和吊环。
3.3在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。（玻璃盛器底部可用双面胶与升
降台面贴紧固定）
3.4将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。
3.5若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，
安放砝码时应尽量轻，并在它晃动停止之后，方可读数。
3.6换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过
程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以顺时针转动升降台大螺帽时液体

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液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为逆时针转动该螺帽，这时液面往下降（或
者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别
应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U，拉断时瞬间数字电压表读数为
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U。记下这两个数值。
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4.整机使用注意事项
4.1吊环须严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并
用热吹风烘干。

4.2吊环水平须调节好，注意偏差10，测量结果引入误差为0.5%；偏差20，则误差1.6%。
4.3仪器开机需预热15分钟。
4.4在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。
4.5实验室内不可有风，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。
4.6若液体为纯净水。在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染，特别注意手指
不要接触被测液体。
4.7力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。过大的拉力传感器容易损坏。
4.8实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入