用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告之欧阳治创编

创编 2021.03.10

用拉脱法测定液体表面张力

系数

时间2021.03.10 创作：欧阳治 10液体表层厚度约10m内的分子所处的条件与

液体内部不同，液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面

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性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。

【实验目的】

1．了解FB326型液体的表面张力系数测定仪的基本

结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法，计算该传感器的灵敏度。

2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现

象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识。

3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】

如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。使液面收缩的表面张力f沿液面的切线方向，角

称为湿润角（或接触角）。当继续

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提起圆筒形吊环时，角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f均垂直向下，设拉起液膜破裂时的拉力为F，则有

F(mm0)g2f （1）

式中，m为粘附在吊环上的液体的质量，m0为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 2f(D内D外) （2）

比例系数称为表面张力系数，单位是N/m。在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。

F(mm0)g(D内D外)

（3）

由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m很小可以忽略，于是公式简化为：

Fm0g(D内D外) （4）

表面张力系数与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液体的温度越高，值越小，所含杂质越多，值也越小。只要上述这些条件保持一定，值就是一个常数。本实验

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的核心部分是准确测定Fm0g，即圆筒形吊环所受到向下的表面张力，我们用FB326型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。 【实验仪器】

FB326型液体的表面张力系数测定仪主要结构

是：1、底座；2、立柱；3、横樑；4、压阻力敏传感器；5、数字式毫伏表；6、有机玻璃器皿（连通器）；7、标准砝码（砝码盘）；8、圆筒形吊环。 【实验内容】

1、开机预热15分钟。

2、清洗有机玻璃器皿和吊环。

3、在有机玻璃器皿内放入被测液体。 4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。

5、若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先读取电子秤的初读数U0（该读数包括砝码盘的重量），（注：对于加有调零装置的仪器，可以通过调节机箱后面的调零旋钮，使初读数为零）。然后每加一个500.00mg砝码，读取一个对应数据(mV)，记录到表格中，注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。用逐差法求力敏传感器的转换

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系数K? (N/mV)。

6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，读取一个对应数据(mV)，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，逆时针转动活塞调节旋钮，使液体液面上升，当环下沿接近液面时，仔细调节吊环的悬挂线，使吊环水平，然后把吊环部分浸入液体中，这时候，按下面板上的按钮开关，仪器功能转为峰值测量，接着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮，这时液面逐渐往下降（相对而言即吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显示拉力峰值V1并自动保持该数据。拉断后，释放按钮开关，电压表恢复随机测量功能，静止后其读数值为

U2，记下这个数值。连续做5次，求平均值。

表面张力系数 【数据记录】

V1V2K2fLD内D外

1．用逐差法求仪器的转换系数K(N/mV) 数据记录表格

先记录砝码盘等作为初读数U0_________mV，然后

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每次增加一个砝码m500.00mg，（该标准砝码符合国家标准，相对误差为0.005%）

砝码质量 增重读数减重读数106kg mV UiUiUimV mV UiUi2等差:mV 间距逐UiUi4UiU1U4U0 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00 3500.00 U2U5U1 U3U6U2 U4U7U3 U1U1U2U3U4U为每2000.00mg4对应的电子秤

的mV读数，则

Kgm____________(N/mV)U

2. 用拉脱法求拉力对应的电子秤读数

水温(室温)________________℃ ， 电子秤初数

V0________________(mV)

拉脱时最大读数 吊环读数 表面张力对应读数 测量次数 1 2 3 4 5 平均值 V1 (mV) V2 (mV) VV1V2(mV) V__________________ 3.吊环的内、外直径： 单位：

mm

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测量次数 内径外径1 2 3 4 5 平均值 D内 D外4.计算及不确定度：

5.从附录中查出室温下水的表面张力系数的理论值，把实验结果与此值比较求相对误差，并与实验值对比对实验结果进行分析。

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