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液体表面张力系数的测定
张宜良
（材料科学与工程学院2012级5班学号：201200150298）
摘要：本实验利用硅压力敏传感器将非电量间接地表达为电量，创新了测量微小拉力的方法。
关键词：表面张力系数；分子力；力敏传感器；拉脱法
引言：液体的许多现象与表面张力有关（如毛细现象、湿润现象、泡沫的形成等），工业生产中的浮选技术、动植物体内液体的运动、土壤中水的运动等也都与液体的表面现象有关。此外在船舶制造、水力学、化工化学中都有它的应用。因此，研究液体的表面张力可谓工农业生产、生活及科学研究中有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。[1]
一、实验原理和装置
1实验原理

[2]
若用吊片与待测液体接触,假定吊片与液体接触角为零,考虑一级近似可以认为脱离力等于表面张力系数乘以周长,
即f=α•LAB,（1）
式中f为液面的表面张力;LAB为吊片与液面接触的长度;比例系数α为表面张力系数。
实验中采用金属圆环吊片,将其底部水平浸入液面中后,然后缓慢地使其脱离液面。由于液体表面张力的作用，调换的内、外壁会带起一部分液体，使液体弯曲，这时，吊环在铅直方向受到外力为重力mg，向上的拉力F，液体表面对其的作用力—表面张力，如果吊环静止，其在铅直方向上所受合力为零，
F＝mg＋f（2）
式中F为把金属片拉出液面时所用的力；mg为金属片和带起的水膜的总重量；f为表面张力。此时，f与接触面的周围边界2（L＋d）,代入（2）式中可得
（3）
本实验用金属圆环代替金属片，则有
（4）
式中d1、d2分别为圆环的内外直径。

2实验器材
FD-NST-1型液体表面张力测定仪、游标卡尺等
二、实验内容
1熟悉和调整仪器。
开机预热15分钟以上，熟悉并调整仪器：仔细调节底角螺丝，使底盘水平，力敏传感器挂钩加挂砝码盘，练习显示一起的调零及加放砝码的读数方法，熟悉升降台的调整。
2力敏传感器灵敏度的测求。
硅压阻敏传感器的定标，整机预热后对力敏传感器定标，首先仪器调零，再分别加各种质量砝码，测出相应的电压输出值，将实验数据填入表1-1中，用计算器进行直线拟合，求得力敏传感器灵敏度B。
3表面张力系数测定。
（1）表面张力系数的测前准备。首先洁净处理玻璃器皿和吊环，先用NAOH溶液洗净，再用清洁水冲洗干净，最后用纯净水冲一次，将玻璃器皿内注入被测溶液后安放在升降台上。
（2）拉脱过程测量，把金属环固定在传感器上，调节吊环水平。顺时针方向调节升降台大螺帽使液体液面上升，当吊环下沿部分均浸在液体里，改为逆时针缓慢转动该螺帽，这时液面下降（或者说相对液面吊环往上提拉）。观察金属环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别关注吊环即将被拉断的一瞬间数字电压表读书值为U1，拉断瞬间的数字电压表的读数为U2，记下这两个数值。重复测量U1和U2共4次，将数据填入表1-2中，利用计算器统计功能求出平均值和标准差。
（3）纪录测量始末的室温，以其平均值作为液体的温度T。用游标卡尺测出吊环外径D1和内径D2。
（4）将上述测量数据带入式中，计算出液体表面张力系数。
3数据处理与结果分析
1数据记录和处理
表1-1：力敏传感器定标
M/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500U/mV15.630.945.860.976.491.6106.8=mV=mV
力敏传感器灵敏度：
=30.5582452mV/g
其标准差为
=0.24494897
所以=0.09258201mV/g
表1-2：液体表面张力测试
室温=22.5℃,=22.5℃,液体温度==22.5℃，
序号/mV/mV(-)/mV=44.425(mV)144.50.0344.2244.70.0144.6344.60.0244.4=0.14790199(mV)444.60.0144.5
吊环外径=35.10mm，内径=33.06mm，=0.02mm
标准差0.01154701mm
+=68.16mm
其标准差：0.01632993mm
液体的表面张力系数：=0.06652074N/m
的相对误差：=0.004507808
的绝对误差：=0.0002998627N/m
本实验测量结果：

0.06650.0003N/m

0.46%

2结果分析
（1）本次实验中我们通过老师的耐心讲解和同学们的通力配合，圆满完成了各部分实验过程，对基本实验过程，实验原理，实验的各个细节都有了充分地了解。
从实验结果看,利用硅压阻式力传感器测得的表面张力系数在误差范围内与参考值较吻合,所以我们可以继续使用该直径的吊环。力传感器既实现了微小拉力的非电量的电测,又展示了表面张力拉脱的全过程,有助于我们准确理解表面张力的概念。同时，整个实验方法简便易行,更容易让人掌握，有效地提高了实验的准确性。