液体表面张力系数的测定

实验目的：

1. 用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法；

2. 学习液体表面张力系数测定仪的使用方法；

3. 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。

实验仪器：

1. 硅压阻力敏传感器：

1). 受力量程：0—0.098N；

2). 灵敏度：约3.00(用砝码质量做单位定标)。

2. 显示仪器：读书显示：200mV，三位半数字电压表。

3.力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置。

4. 吊环：外径，高0.850cm的铝合金环。

5. 砝码盘及0.5克砝码7只。

实验原理：

表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧，垂直于该直线且平行于液面、并使液面具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子力作用的结果。可以用表面张力系数来定量地描述液体表面张力的大小，设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即,式中表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为。

液体表面张力的大小与液体的成分有关。不同的液体由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子间作用力而具有不同的表面张力。实验表明：温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，二者通常相当准确地成直线关系。表面张力与液体中含有的杂质有关，有的杂质能使表面张力系数减小，有的却使之增大。表面张力还与液面外的物质有关。

将表面清洁的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中，使液面下降，当吊环地面与液面平齐或略高时，由于液体表面张力的作用，吊环的内外壁会带起液膜。平衡时吊环重力为G，向上拉力F以及液体表面张力（忽略带起的液膜的质量）满足

在吊环临界脱离液体时，，即，则平衡条件近似为：

式中为吊环外径，为吊环内径。则液体表面张力系数为：

实验中需要测出。

本实验利用力敏传感器测力，硅压阻式力敏传感器由弹性梁和帖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比。即

式中，F为外力大小，B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。

首先，进行硅压阻力敏传感器定标，然后，求得传感器灵敏度B（单位为），再测出吊环在即将拉脱液面时（）电压表读数，记录拉脱后（）数字电压表的读数，则有：

所以有：

故表面张力系数：

实验步骤：

1. 开机预热15分钟。

2. 对力敏传感器进行定标。

将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上，对仪器调零。然后将7个质量均为0.5g的砝码片依次放入吊盘中（注意：轻拿轻放，吊盘晃动将带来电压表的数字跳动），分别记下电压表的读数。

3. 测定水的表面张力系数。

（1）在玻璃器皿内放入一定量的纯净水，并把玻璃器皿安放在升降台上（玻璃器皿底部可用双面胶与升降台面贴紧固定）；将铝合金吊环挂在传感器的小挂钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，调节吊环使之与待测液面平行。（注意：吊环中心、玻璃器皿中心最好与转轴重合。）

（2） 调节容器下的升降台，使其缓慢上升，将吊环的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反向调节升降台，使液面缓缓下降。这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值和液膜拉断后数字电压表读数值。

实验数据记录与数据处理：

（一）数据记录

1. 硅压阻力敏传感器定标

表1 力敏传感器定标                        单位：g, mV

2.水的表面张力系数的测量

（二）数据处理：

1. 用最小二乘法拟合得仪器的灵敏度B，其单位为。

2. 由计算水的表面张力系数；查阅水与空气表面张力系数与温度的关系表（见附表），得到水的张力系数的标准值，然后计算相对误差：。

问题回答：

1. 测量值时，为什么必须在液膜破裂时记录数据？

2. 如果金属环不清洁会给测量结果带来什么影响？所测值偏大还是偏小？为什么？

注意事项：

1. 吊环必须清洗干净，并用热吹风烘干。

2. 吊环水平必须调节好，注意偏差，测量结果引入误差为；偏差，则误差为。

3. 仪器需预热15分钟。

4. 在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。

5. 工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。

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。

7. 力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。过大的拉力会使传感器容易损坏。

8. 实验结束后须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。

附表：       水与空气的表面张力系数与温度的关系    （，）

T标准值的尾数求法：在5之内用线性内插法求出，即5之内近似看作均匀变化。其余见书所述。