拉脱法测液体表面张力系数及数据处理
拉脱法测定液体的表面张力系数
拉脱法测定液体的表面张力系数
实验目的
实验原理
实验仪器 实验内容及注意事项
实验后仪器的处理
数据处理
液体表面就好象是一张蹦紧的弹性薄膜,液体 表面的表面张力。可以用它来说明泡沫的形成， 浸润和毛细现象等。表面张力垂直于液体表面任 何一条线段并沿着液体表面，作用于单位长度上 的张力称为表面张力系数，用α表示。
T1 T2 F L ( D1 D2 )
表面张力系数α 的值和液体的种类、纯度、温度 以及液体上方的气体成分有关。实验证明，液体 的温度越高， α 的值越小，液体所含杂质越多， α 的值也越小，对于上述条件都不变的液体， α 值是一个常数。
实验装置
采用硅压阻式力敏传感器来测量 液体和环状金属吊片之间的表面张 力，在外力作用下，输出的电压和 外力成正比。 ΔU=BF 式中F为外力，B为硅压阻式力敏传感 器的灵敏度，单位是V / N，ΔU为传 感器输出的电压值。
T1 拉脱前 拉脱后 T2
环状金属吊片
F mg W1 液膜 (mg)’ W2
T1、T2为向上的作用力，W1、W2为环状金属吊片
所受重力和浮力之差，因为环状金属吊片在脱离 液体表面前就已经离开了液体表面，W1≈W2。 mg、（mg)’为液膜所受的重力， mg≈（mg)’ , T1、T2之差就是表面张力F。
F L
其中F为作用于线段L上的张力。
实验原理
用测量一个已知周长的金属片从待测液体表 面脱离时所需要的力，来求得该液体的表面张力 系数的方法称为拉脱法。 实验中我们用的是环状金属吊片. L=π（D1+D2） F=απ（D1+D2）
吊片脱离液体表面瞬间前后的力的平衡方 程为
拉脱法测量液体表面张力系数
拉脱法测量液体表面张力系数
【实验目的】
1.了解液体表面的性质。
2.学习金属铂片式电阻应变传感器的定标方法。
3.学习用拉脱法测量液体表面张力系数。
【实验仪器】
表面张力实验仪
【实验内容】
1.测试台调平。
2.金属铂片式电阻应变传感器定标：
（1）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节测试仪上的调零电位器，使数字电压表显示为零。
（2）在砝码盘上分别放上1.0g、2.0g、3.0g 、4.0g 、5.0g 、6.0g 、7.0g 、8.0g 质量的砝码，记录相应这些砝码作用下，数字电压表的读数值U.
（3）用最小二乘法,求出传感器灵敏度K 。
3、液体表面张力系数的测定
（1）将金属圆环挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。
（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降，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U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数
值U2。
重复8次。
【实验数据处理】
1、金属圆环：内径d1=32.6（mm）外径d2=35.0（mm）
2、液体的温度t=27℃济南地区重力加速度g=9.7988（m·s-2）
3、用最小二乘法求传感器灵敏度K值和相关系数γ。
4、计算液体表面张力F（单位为：牛）；计算液体表面张力系数α（单位为：牛/米）。
实验1液体表面张力系数测定（拉脱法）
实验1液体表面张力系数测定（拉脱法）实验1 液体表面张力系数测定（拉脱法）【实验目的】1．学习测力计的定标方法。
2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象。
3．测量纯水和其它液体的表面张力系数。
【实验仪器】温度计，液体表面张力测定装置（如图5-2所示）。
1．硅压阻力敏传感器。
（1）受力量程：0—0.098N。
（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）。
2．显示仪器(读数显示：200 mV 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φ3.496cm、内径φ3.310cm、高0.850cm的铝合金吊环。
5．直径φ12.00cm玻璃器皿一套。
6．砝码盘及0.5克砝码7只。
【预习要求】1. 推导测量公式。
2. 列出实验步骤与记录表。
【实验依据】表面张力是指作用于液体表面上任一假想直线的两侧、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作用的结果。
可以用表面张力系数来定量地描写液体表面张力的大小。
设想在液面上一长度为L的直线，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直线，拉力的大小正比于L，即f=aL，式中a表示作用于直线的单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m 。
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减小，有的却使之增大。
表面张力还与液面外的物质有关。
如图5-1 所示,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，当吊环底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。
图5-1 拉脱过程吊环受力分析平衡时吊环重力mg 、向上拉力F 与液体表面张力f （忽略带起的液膜的重量）满足cos f mg F += (1)在吊环临界脱离液体时, 0≈?, 即1cos ≈?, 则平衡条件近似为)]([21D D mg F f +=-=πα (2)式中1D 为吊环外径, 2D 为吊环内径。
液体表面张力系数的测定实验报告数据
液体表面张力系数的测定实验报告数据一、实验目的1、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法。
2、学习使用焦利秤测量微小力的原理和方法。
3、加深对液体表面张力现象的理解。
二、实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面犹如一张拉紧的弹性膜，具有收缩的趋势。
这种沿着液体表面，垂直作用于单位长度上的力称为表面张力。
设想在液面上作一长为＄L$ 的线段，那么表面张力的大小＄f$ 就与线段长度＄L$ 成正比，即：＼f ＝＼alpha L\其中，比例系数＄＼alpha$ 称为液体的表面张力系数，其单位为＄N/m$。
在本实验中，我们采用拉脱法测量液体的表面张力系数。
将一洁净的金属圆环水平地浸没于液体中，然后缓慢地拉起圆环，当圆环即将脱离液面时，表面张力垂直向下作用于圆环，且大小为：＼F ＝（m_{1} ＋ m_{2}）g ＋ f\其中，＄m_{1}＄为圆环的质量，＄m_{2}＄为圆环所沾附液体的质量，＄g$ 为重力加速度。
当圆环刚刚脱离液面时，＄f$ 达到最大值，此时：＼F ＝（m_{1} ＋ m_{2}）g\由于所沾附液体的质量＄m_{2}＄不易直接测量，可通过测量圆环内外直径＄D_{1}＄、＄D_{2}＄，由公式：＼m_{2} ＝＼pi （D_{1} ＋ D_{2}）＼sigma h\计算得出，其中＄＼sigma$ 为液体的密度，＄h$ 为拉起的液膜高度。
三、实验仪器焦利秤、砝码、游标卡尺、金属圆环、纯净水、温度计等。
四、实验步骤1、安装好焦利秤，调节底座水平，使秤框能上下自由移动。
2、测量金属圆环的内外直径＄D_{1}＄、＄D_{2}＄，各测量六次，取平均值。
3、挂上砝码盘，调节焦利秤的零点。
4、将金属圆环洗净，用纯净水冲洗后，挂在焦利秤的小钩上。
5、调节升降旋钮，使圆环缓慢下降，浸没于水中，注意保持水平。
6、然后缓慢上升，观察圆环即将脱离液面时的示数，记录此时的拉力＄F$。
7、测量水温，记录温度值。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告引言：表面张力是液体分子间相互作用力在液体表面上的表现形式，是液体分子间引起的一种特殊的内聚力。
测定液体的表面张力系数对于研究液体的性质、表面现象以及应用领域具有重要意义。
本实验通过拉脱法测定液体的表面张力系数，旨在探究液体分子间的相互作用力以及表面现象的规律。
实验原理：拉脱法是一种常用的测定液体表面张力系数的方法。
其基本原理是通过测量液体在一根细管内的上升高度来计算液体的表面张力系数。
根据拉脱法的原理，我们可以得到以下公式：γ = ρgh实验步骤：1. 准备工作：清洗实验器材，确保无杂质干净。
2. 实验器材准备：取一根细管，将一段长度为L的细管浸入待测液体中。
3. 测量液体上升高度：将细管取出，放置在标尺上，测量液体上升的高度h。
4. 重复实验：重复以上步骤，记录多组数据。
实验数据处理：根据实验步骤记录的数据，我们可以计算出液体的表面张力系数。
根据公式γ= ρgh，其中ρ为液体的密度，g为重力加速度，h为液体上升的高度。
通过多组数据的平均值，可以得到较为准确的表面张力系数。
实验结果与讨论：根据实验数据处理的结果，我们得到了液体的表面张力系数。
通过对不同液体进行实验，我们可以发现不同液体的表面张力系数存在差异。
这是因为不同液体分子间的相互作用力不同，导致表面张力系数的差异。
在实验过程中，我们还可以观察到一些有趣的现象。
例如，液体表面张力越大，液体在细管内上升的高度越高。
这是因为表面张力越大，液体分子间的相互作用力越强，液体在细管内上升的高度也就越大。
此外，我们还可以通过实验探究液体的性质。
例如，对于不同液体，其表面张力系数与温度的关系可以进行研究。
通过改变温度，我们可以观察到液体表面张力系数的变化规律，进一步了解液体的性质。
结论：通过拉脱法测定液体的表面张力系数，我们可以得到液体的表面张力系数，并探究液体分子间的相互作用力以及表面现象的规律。
拉脱法测量液体的表面张力系数
这里，f 为表面张力
电压表读数达到最大值，此时有
20
2. 阶段2的受力分析
达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发 现，电压表读数开始减小，这主要是因为附着在液膜上 的水在重力的作用下向下滑，所以拉力减小。
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3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
（3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对 不同直径吊环的多次试验，发现当调换 直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉 破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm左 右。在保持接触角为零时，能得到一个 较大的待测力。
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3. 实验原理
使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
-12.3 -36.4
-12.5 -35.8
通过计算机求得：
，α=32.80×10-3N/m
15
自来水
伊利牛奶
16
4. 液体浓度对表面张力的影响
(1) 10克白糖50克水，t = 24℃，α1
U1(mv) 14.1 12.8 12.0 11.6 11.7 9.6 U2(mv) -11.4 -10.5 -14.2 -7.6 -18.6 -21.1
(2) 20克白糖50克水，t = 24℃， α2
U1(mv) 7.7 12.5 9.6 8.8 8.0 6.6 U2(mv) -15.2 -12.3 -10.6 -14.7 -17.2 -16.8
表面张力系数的测定（拉脱法）实验报告
表面张力系数的测定（拉脱法）实验目的：1、用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。
2、学习焦利秤的使用方法。
实验原理：液面的表面有如紧张的弹性薄模，都有收缩的趋势，所以液滴总是趋于球形。
如图1 中的肥皂薄膜，如果从中心将膜刺破，由于膜的收缩，线被拉成圆形。
这说明液体表面内存在一种张力，存在于极薄的表面层内，而且不是由于弹性形变引起的，此力被称为表面张力。
设想在液面上作一长为L的线段，则张力的作用表现在线段两侧液面以一定的力的F 相互作用，而且力的方向恒与线段垂直，其大小与线段长L 成正比，即F=γL（1）比例系数γ称为液体的表面张力系数，它表示单位长线段两侧液体的相互作用力。
表面张力系数的单位为N/m。
如图2，在一金属框P中间拉一金属细线ab.将框及细线浸入水中后慢慢地将其拉出水面，在细线下面将带起一水膜，当水膜将拉直时，则有F=W+2γL+Ld h ρ g （2）式中F 为向上的拉力，W 是框和细线所受重力和浮力之差，l 为细线金属的长度，d 为细线的直径即水膜的厚度，h 为水膜被拉断前的高度，g为重力加速度，ρ为水的密度，ldhρg 为水膜的重量，由于细线的直径d 很小，所以这一项不大，水膜有前后两面，所以上式中表面张力为2γL。
从式（2）可得γ=((F−W)−ldhρg)/2l本实验用焦利秤测量（F—W）之值，用上式计算表面张力γ之值。
图2实验仪器：螺旋测微器（量程：0-25mm，分度值：0.01mm）、游标卡尺（量程：0-15cm,分度值：0.02mm）测高仪、焦利秤、温度计、金属线框、砝码、实验内容及数据处理：1、测量弹簧的倔强系数K，从0.5g起每增加0.5g砝码按游标卡尺的读数方法读出一次弹簧的伸长量x，一直增加到3.5g，然后从3.5g起每减少0.5g砝码读一次弹簧的伸长量x，一直减少到2、测当时液温t=28°C（2）、测(L2、L1)、(S2、S1). 在焦利秤V的游标上读取B的刻度L1，再调节测高仪，使得望远镜中十字叉丝对准焦利秤上的S，在测高仪的游标上读取刻度S1。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验
实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数液体表层厚度约 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 新型焦利氏秤实验仪的基本结构, 掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法；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】1. 测量公式推导:当逐渐拉提冂形铝片框时, 角逐渐变小而接近为零, 这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力 均垂直向下。
设拉起液膜将破裂时的拉力为 , 则有 f 2g )m m (F 0+•+= （1）式中: 为粘附在框上的液膜质量, 为线框质量。
因表面张力的大小与接触面周界长度成正比, 则有:)d L (2f 2+•α= （2）比例系数 称表面张力系数, 单位为 。
由（1）, （2）式得: )d L (2g)m m (F 0+•+-=α （3）由于冂形铝片框很薄, 被拉起的水膜很薄, 较小, 可以将其忽略, 且一般有 , 那么 , 于是（3）式可以简化为 : L2gm F 0•-=α（4）2. 用 新型焦利氏秤实验仪来测量 值:新型焦利氏秤实验仪相当于一个精密的弹簧称, 常用于测量微小的力, 根据胡克定理制作而成。
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1、掌握利用表面张力系数测定仪测定液体表面张力系数的实验原理 2、掌握利用最小二乘法（见附录 A）进行线性拟合对仪器灵敏度定标的方法 3、测定水的表面张力系数并分析实验误差
二、实验原理 金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面 拉脱瞬间传感器受到的拉力差值 F 为
F = π ( D1 + D2 )α
U1 mv U 2 mv
148.6 99.7
116.5 67.8
83.8 35.5
61.6 13.0
33.2 -13.7
10.7 -36.2
注：水温为 190 C 处理数据，填写下表
∆U mv
48.9
48.7
48.3
48.6
46.9
46.9
F 10−3 N
15.97
15.90 74.75
15.77 74.14
1、实验结束后， 用镊子将吊环取下， 用清洁纸或清洁布擦干， 并用清洁纸包好，
放入干燥缸内。
2、用清洁纸或清洁布擦干玻璃器皿，放置在置物箱内。 3、将砝码盘及砝码收好放置在置物箱内。 4、将数字电压表调零，关掉仪器电源开关，拔下电源插头，检查无误后，结束
实验操作。 【实验总结】 一、 实验过程中注意事项
FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪使用情况介绍
【引言】 由于液体分子间的相互吸引力，使得液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液 体表面是一张拉紧了的橡皮膜。 这种沿着液体表面的、 收缩液面的力称为表面张力。 表面张力的存在解释了物质的液体状体所呈现的许多现象，如泡沫的形成、浸润和 毛细现象等。在工业技术上，浮选技术和液体输送技术等方面都要对表面张力进行 研究。测定表面张力系数常用的方法有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。 这里，将利用该仪器应用拉脱法测量纯净水的表面张力系数。 【仪器介绍】 FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪由上海复旦大学实验教学中心与上海复 旦天欣科教仪器有限公司联合研制。 一、仪器组成（如图 1 所示）及技术指标 1、硅压阻力敏传感器 （1） 受力量程： 0 ~ 0.098 N （2） 灵敏度：约 3.00 V N （3） 非线性误差： ≤ 0.2% （4） 供电电压：直流 5 ~ 12 伏 2、显示仪器 （1） 读数显示： 200mV 三位半数字电压表 （2） 调零：手动多圈电位器 （3） 连接方式： 5 芯航空插头 3、力敏传感器固定支架、升降架、底板及水平调节装置 4、吊环：外径约 34.96mm 、内径约 33.10mm 、高约 8.50mm 的铝合金吊环 5、直径约 120.0mm 玻璃器皿一套 6、铝合金砝码盘及 0.5 克砝码 7 只
U1 − U 2 π B( D1 + D2 )
(3)
1、仪器开机预热。 2、清洗玻璃器皿和吊环。 3、在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。 4、将砝码挂在力敏传感器的钩上。 5、若整机已预热 15 分钟， 可对力敏传感器进行定标， 原则上在加砝码前应首先
对电压表调零，安放砝码时应尽量轻拿轻放。
2、水表面张力系数的测量
（1） 用游标卡尺测量金属圆环外、内径各六组
D1 mm D2 mm
34.68 33.02
34.66 33.04
34.68 33.04
34.70 33.06
34.70 33.04
34.68 33.02
得圆环外、内径平均值为 D1 = 34.68mm ， D2 = 33.04mm 。 （2） 调节上升架，记录圆环在即将拉断水柱是数字电压表的示数 U1 ，拉断后数字 电压表的示数 U 2 ，各六组
7、外形尺寸 （1） 支架及底盘尺寸： 280mm × 280mm × 320mm （2） 仪器尺寸： 240mm × 240mm × 100mm
图 1 FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪。其中，1、硅压阻力敏传感器 2、数字电压表显示 屏 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 5、玻璃器皿 6、砝码盘 及对应砝码一套 7、调节大螺母 8、调零旋钮 9、航空插头接口
二、仪器用途
1、可用砝码对硅压阻力敏传感器定标，计算该传感器的灵敏度，并学习传感器
的定标方法。
2、可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、可测量纯水和其他液体的表面张力系数。 4、可测量液体的浓度与表面张力系数的关系。
【实验内容】 一、实验目的15.87 74.015.32 71.99
15.32 71.99
α × 10−3 N m 75.06
得表面张力系数实验平均值为 α = 73.76 × 10-3 N m ，查表（见附录 B）得在水温下 水的表面张力标准值为 α 0 = 72.10 ×10−3 N m ，因此百分误差为 2.3% 。 （见附录 C） 五、实验后仪器处理
6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，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。逆时针转动升降 台大螺帽时液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动大螺 帽，则液面下降，该过程中保持吊环不动，观察吊环进入液体中及从液体中 拉起时的物理过程和现象。 特别注意吊环即将拉断液柱前数字电压表读数值
其中， D1 、 D2 分别为圆环外、内径， α 为液体表面张力系数。 另外，由数字电压表及硅压阻力敏传感器得到液体表面张力
(1)
F = (U1 − U 2 ) B
(2)
其中， U1 与 U 2 分别为圆环拉脱前与拉脱后的数字电压表示数， B 为力敏传感器灵 敏度。 故液体表面张力系数 α 为
α=
三、实验前仪器调节
U1 与拉断瞬间数字电压表读数值 U 2 ，记录。
四、测量内容 注：使用仪器编号为 8
1、硅压阻力敏传感器定标
砝码 M g 电压 V mv
0.500 14.8
1.000 29.9
1.500 44.7
2.000 59.8
2.500 74.7
3.000 89.7
3.500 105.0
大连本地重力加速度 g = 9.8011 m s 2 。 由最小二乘法拟合的仪器的灵敏度为 B = 3.062 ×103 mV N 。 （见附录 C）