1、實驗 液體外表張力系數的測定液體具有盡量縮小其外表的趨勢， 好似液體外表是一張拉緊了的橡皮膜一樣。 我們把這種沿著外表的、 收縮液面的力稱為外表張力。外表張力的存在能說明物質處于液態時所特有的許多現象，比方泡沫的形成、潤濕和毛細現象等等。在工業技術上，如礦物的浮選技術和液體輸送技術等方法都要對外表張力進行研究。液體的外表張力是表征液體性質的一個重要參數。測量液體的外表張力系數有多種方法，常用的有拉 脫法、毛細管法、最大氣泡壓力法等。拉脫法是測量液體外表張力系數常用的方法之一。該方法的特點是,用秤量儀器直接測量液體的外表張力，測量方法直觀，概念清楚用拉脫法測量液體外表張力，對測量力 的儀器要求較

2、高，由于用拉脫法測量液體外表的張力約在1 X10-31 X10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器.近年來，新開展的硅壓阻式力敏傳感器張力測定儀正好 能滿足測量液體外表張力的需要，它比傳統的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩定性好，且可數字信號顯示， 利于計算機實時測量，為了能對各類液體的外表張力系數的不同有深刻的理解，在對水進行測量以后，再 對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到外表張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從 而對這個概念加深理解。一、實驗目的1. 用拉脫法測量室溫下液體的外表張力系數2. 學習力敏傳感器的定標方法二、實驗儀器液體外表張

3、力測定儀、鐵架臺、微調升降臺、裝有力敏傳感器的固定桿、玻璃皿、圓環形吊片三、實驗原理液體外表層其厚度等于分子的作用半徑，約10-8m內的分子所處的環境跟液體內部的分子是不同的。在液體內部，每個分子四周都被同類的其他分子所包圍，它所受到的周圍分子的作用力的合力為零。 由于液體上方的氣相層的分子數很少，外表層內每一個分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為 零，這個合力垂直于液面并指向液體內部，如圖1所示，所以分子有從液面擠入液體內部的傾向，并使液體外表自然收縮，直到處于動態平衡，即在同一時間內脫離液面擠入液體內部的分子數和因熱運動而到達 液面的分子數相等時為止。圖2液體外表張力受力分析圖i液

4、體外表層和內局部子受力示意圖f,稱f垂直(1)T如果將一外表潔凈的矩形金屬絲框豎直地浸入水中，使其底邊保持水平，然后輕輕提起，那么其附近的 液面將呈現出如圖 2所示的形狀，即絲框上掛有一層水膜。水膜的兩個外表沿著切線方向有作用力 為外表張力，$為接觸角，當緩緩拉出金屬絲框時，接觸角$逐漸減小而趨向于零。這時外表張力向下，其大小與金屬絲框水平段的長度I成正比，故有：f =2TI式中，比例系數 T稱為外表張力系數，它在數值上等于單位長度上的外表張力。在國際單位制中， 的單位為N?m-1。外表張力系數 T與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關。實驗說明,體的溫度越高，T值越小；所含雜質越多，

5、 T值也越小。因此，在測定 T值時，必須注明是在什么溫度下 測定的，并且要十分注意被測液體的純度，測量工具(金屬絲框、盛液器皿等)應清潔不沾污漬。在金屬絲框緩慢拉出水面的過程中，金屬絲框下面將帶起一水膜，當水膜剛被拉斷時，諸力的平衡條 件是：F =W 2TI Idh -g(2)式中，F為彈簧向上的拉力， W為水膜被拉斷時金屬絲框的重力和所受浮力之差，I為金屬絲框的長度，d為金屬絲的直徑，即水膜的厚度，h為水膜被拉斷時的高度，p為水的密度，g為重力加速度，Idh pg為水膜的重量，由于金屬絲的直徑很小，所以這項值不大。由于水膜有前后兩面，所以上式中的外表張力為 2TI。由(2)式中解得：T _

6、F -W -Idh 巾2I(測量一個周長的金屬片從待測液體外表脫離時需要的力，求得該液體外表張力系數的實驗方法稱為拉脫法。在本實驗中，實際的測量金屬片為片狀吊環，如圖3所示，考慮一級近似，可以認為脫離力為外表張力系數乘上脫離外表的周長，即Fi = £ f2 - ： : D1 D2(式中，F1為脫離力，D1, D2分別為圓環的外徑和內徑，a為液體的外表張力系數。(3)(4)圖3液膜與固體的受力分析圖圖4力敏傳感器原理圖硅壓阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成，其原理圖如圖4所示，其中芯片由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用于金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡

7、，此時將有 電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此，即AU = K 迅F( 5)式中， F為外力的大小，K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度， U為傳感器輸出電壓的大小。片狀吊環在液膜拉破前瞬間有：h =mg 仃 f?此時傳感器受到的拉力 Fi和輸出電壓Ui成正比，有：UK Fi片狀吊環在液膜拉破后瞬間有：F?二 mg同樣有：UK F2K R - F2二 K ：； ； D1D2片狀吊環在液膜拉破前后電壓的變化值可表示為：U1 _U2 =二 K由上式可以得到液體的外表張力系數為a =K二(Di D2)KgD2)其中，Ui :液膜拉斷前瞬間電壓表的讀數，U2:液膜拉斷后瞬間電壓表的讀數。四、實驗裝置

8、圖5液體外表張力測定裝置圖5為實驗裝置圖，其中，液體外表張力測定儀包括 硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測量電橋失去平衡時輸出 電壓大小的數字電壓表。其他裝置包括鐵架臺，微調升降 臺，裝有力敏傳感器的固定桿，盛液體的玻璃皿和圓環形 吊片。實驗證明，當環的直徑在 3cm附近而液體和金屬環 接觸的接觸角近似為零時，運用公式(1 )測量各種液體的外表張力系數的結果較為正確。五、實驗內容(一) 必做局部1. 力敏傳感器的定標每個力敏傳感器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，定標步驟如下：(1) 翻開儀器的電源開關，將儀器預熱；(2) 在傳感器梁端頭小鉤中，掛上砝碼盤，調節調零旋鈕，使數字電壓表顯示

9、為零；(3) 在砝碼盤上分別如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這些砝碼力F作用下，數字電壓表的讀數值 U;(4) 用最小二乘法作直線擬合，求出傳感器靈敏度K。2. 環的測量與清潔(1) 用游標卡尺測量金屬圓環的外徑D1和內徑D2；(2) 環的外表狀況與測量結果有很大的關系，實驗前應將金屬環狀吊片用凈水洗凈，然后再將其底部 擦拭干凈。3. 液體的外表張力系數(1) 將金屬環狀吊片掛在傳感器的小鉤上，調節升降臺，將液體升至靠近環片的下沿，觀察環狀吊片下沿與待測液面是否平行，假設不平行，將金屬環狀片取下后，調節吊片上的細絲，使吊片與待測液面平行；(2) 調節容器下的升降臺，使其漸漸上升，將環片的下沿局部全部浸沒于待測液體，然后反向調節升 降臺，使液面逐漸下降，這時，金屬環片和液面間形成一環形液膜，繼續下降液面，測出環形液膜即將拉 斷前一瞬間數字電壓表讀數值 U1和液膜拉斷后一瞬間數字電壓表讀數值 U 2 ；U 二 U1 -U2(3) 將實驗數據代人公式(6)中，求出液體的外表張力系數，并與標準值進行比擬。(二) 選做局部測出其他待測液體，如酒精、乙醚、丙酮等在不同濃度下的外表張力系數(三) 實驗考前須知1. 必須使吊環保持豎直，以免測量結果引入較大誤差；2. 調節升降臺拉起水柱時動作必須輕緩，應注意液膜必須充分地