(完整版)液体表面张力系数的测定实验报告

一 实验目的

1 学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。

2 深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数 二 实验原理 1 液体表面张力

由于液体分子之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。 2 液体表面张力系数的测量原理

图1

如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻提起，则其附近液面呈现如图示的形状，则0时，f方向趋向垂直向下。在金属片脱离液体前，受力平衡条件为

Ffmg（1）

而

f2(ld)（2）

则

若用金属环替代金属片，则（3）式变为

Fmg（3）

2(ld)式中d1，d2为圆环的内外直径。 若用补偿法消除mg的影响，即

Fmg（4）

(d1d2)fFmg

则（4）式可写为

即为液体表面张力系数。 三 实验仪器

f（5）

(d1d2)液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片 四 实验内容及步骤

1 仪器调整。调整仪器水平，刻度盘归零。

2调零。将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红线三线重合。 3 绘制质量标准曲线

分别在小纸片上放100mg、300 mg 、500 mg 、700 mg、 1000 mg的砝码，记下对应的刻度盘的示数。以所加砝码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标准曲线。

4 测量纯净水的表面张力系数

调零。用玻璃杯盛大约2/3的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好浸过水面。左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。两手调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。记下刻度盘示数M’。为了消除随机误差，共测五次。

6 将M’在质量标准曲线上查得水作用在金属环上的表面张力fmg，按式（5）计算出水的表面张力系数。 五 数据记录及处理 1 金属环的直径

外径 ：d1(19.6700.001)mm 内径：d1(18.4700.001)mm

2绘制质量标准曲线 数据见下表 加砝码质量/mg 刻度盘读数/mn 100 8.6 300 26.3 500 42.6 700 58.5 1000 85.0

B刻度盘示数/mn/m908070605040302010002004006008001000砝码质量m/mg

质量标准曲线

由图可以看出，质量标准曲线为一直线，因此M与m成线性关系，可在直线上取两个点 （400，339），（900，761）或由最小二乘法拟合该曲线方程为

M0.084m0.4 （6）

3 测量M’，数据见下表 测量次数 M’/mn.m-1

根据上表：M'1 75.0 2 76.1 3 76.3 4 75.8 5 76.0 平均 75.84 75.076.176.375.876.075.84mn

5A类不确定度分量SM'(M'iMi')2n(n1)0.03

0.2

B类不确定度分量u仪3合成不确定度M‘'S2u20.2

所以 M(75.80.2)mn（7）

将（7）代入（6）可得

m3.4mg

m的传播不确定度为m(M22)i5.0mg xim(35)mg

4 计算水的表面张力系数

将d1，d2，m代入表面张力系数公式

f73.03103Nm1

(d1d2)其传播不确定度为

(M2222)i()2m()2d0.41103Nm1 ximd在温度为19.4℃时，实验测得的水的表面张力系数为

(73.00.4)103Nm1

同温度下水的标准张力系数为

标72.103Nm1

相对误差为B标标100%0.19%

六 实验结果及讨论

通过实验，比较精确的测量了纯净水与空气接触的时候的表面张力系数，在实验误差允许的范围内，得到了比较准确的结果。误差可能出现的原因有以下几种可能： 1 测量金属环本身不是太平，在拉破水膜的时候有误差存在。 2 读数时候的视觉误差，即人为的误差，尽可能的避免。 3 操作时候的误差，也应尽量避免。

4 环境造成的误差，人在走动时，或桌子的振动等。 七 注意事项

1 注意保护仪器，钢丝的扭矩不能超过360度。 2 调整调零旋扭时注意吊杆臂上升的方向。

3 在测量表面张力系数时注意时刻保持三线重合，直到水膜被拉破。