实验报告掺杂对纯净水表面张力系数的影响.docx
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实验报告掺杂对纯净水表面张力系数的影响
实验报告
实验名称：
掺杂对纯净水表面张力系数的影响
班级：
13材料化学
姓名：
于辉
同组成员：
杨科，韦俊洋
实验目的
1．要求学生学会对力敏传感器的灵敏度进行定标，并用拉脱法测量液体的表面张力系数；
2.了解和掌握硅压阻式力敏传感器测量原理和测量方法；
3.研究参杂对液体表面张力系数的影响。
实验器材、药品及试剂
硅压阻式力敏感传感器及金属外壳；升降台；金属圆环或金属片；培养皿；数字电压表；游标卡尺；
纯净水；食盐；洗衣液；肥皂液；洗洁精，肥皂粉。
实验原理
测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时需要的力，从而求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法。
用拉脱法测定液体表面张力系数装置如图1.1。
硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴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
（1.1）
（1.1）式中，f为外力的大小，K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。
在实验前要先对力敏传感器定标，也即求得K。
若接触液体采用金属吊环法时，考虑一级近似可以认为脱离力为表面张力系数乘以脱离表面的周长，即
（1.2）
（1.2）式中，f为脱离力，Dl、D2分别为圆环的外直径和内直径，
为液体的表面张力系数。
实验中要测出环形液面拉断前一瞬间数字电压表读数值U1及液面拉断后金属吊环稳定时数字电压表读数值U2。
则液体的表面张力为
（1.3）
数据记录表：
基本数据：
圆环外径D1=35.10mm；圆环内经D2=32.90mm；室温t=23℃
表1.1压力传感器定标数据记录表
砝码质量M（mg）
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
电压表读数V（mV）
16.0
32.0
48.0
64.0
80.0
95.5
111.6
表1.2测定表面张力数据记录表
液体
次数
U1（mV）
U2（mV）
△U（mV）
表面张力f
（×10-3N/）
表面张力系数α
（×10-3N/m）
α平均值（×10-3N/m）
纯净水
1
7.6
-13.2
20.8
6.52
30.47
34.22
2
3.0
-21.3
24.3
7.62
35.61
3
7.9
-17.1
25.0
7.83
36.59
食盐水
1
0.3
-26.3
26.6
8.33
38.93
39.18
2
0.2
-26.8
27.0
8.46
39.53
3
0.2
-26.5
26.7
8.36
39.07
洗衣液水
1
2.7
-17.9
20.6
6.46
30.19
32.32
2
7.8
-13.8
21.6
6.77
31.64
3
9.7
-14.3
24.0
7.52
35.14
肥皂水
1
1.8
-11.2
13.0
4.07
19.02
23.82
2
1.2
-16.8
18.0
5.64
26.36
3
1.3
-16.5
17.8
5.58
26.07
数据分析和处理：
（1）绘制M-V线性关系图像
（2）计算传感器灵敏度
V=KMg
V/M=Kg
由M-V曲线可得：
V/M=Kg=（111.6-16.0）mv/（3.5×10^（-3）-0.5×10^（-3））kg=31.9×10³mv/kg
K=3.19×10³mv/N
实验结果分析与讨论【液体表面张力受哪些因素的影响？
哪类物质可做水的的表面活性剂？
】
影响液体表面张力的因素：
液体的种类。
不同液体的分子间作用力不同，分子间作用力大，表面张力就大。
水具有较大的表面张力，而油的表面张力较小。
温度。
当温度升高时，液体分子间引力减弱，同时其共存蒸气的密度加大，表面分子受到液体内部分子的引力减小，受到气相分子的引力增大，表面张力减小。
一种溶剂中溶入其他物质，表面张力会发生变化。
如果在纯水中加入少量表面活性刑，其表面张力就会急剧下降。
可以做水的的表面活性剂的物质：
1.单硬脂酸甘油酯
2.失水山梨醇硬脂酸酯
3.双硬脂酸聚甘油酯
4.单烷基磷酸酯性状
5.十六酸十六酯.
实验心得
教师评阅
实验报告
实验名称：
不良导体导热系数的测量
班级：
13材料化学
姓名：
于辉
同组成员：
杨科，韦俊洋
实验目的
1.了解热传导现象的物理过程；
2.用稳态法测定热的不良导体──橡胶的导热系数；
3.学会用热电偶测量温度。
实验器材、药品及试剂
导热系数测定仪；热电偶；直流数字电压表；物理天平；游标卡尺；杜瓦瓶；秒表；
待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块、硅油。
实验原理
傅里叶导热方程式表明，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h、温度分别为
，
的平行面（设
），若平面面积均为S，在
时间内通过面积S的热量
满足下述表达式：
（2.1）
式中
为热流量，
为该物质的热导率（又称导热系数）。
在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量；其单位为W/（m·K）。
本实验采用稳态法进行测量，其原理如图2.2所示。
当传热达到稳态时，样品上下面的温度
和
的值将不变，这时可以认为发热盘A通过圆盘样品B上平面传入的热量与由散热盘P向周围环境散热的速率相等。
由式（2.1）可知：
通过B盘传热速率
（2.2）
式中
为圆盘样品的半径,
为样品的厚度
P盘在温度为
时的散热速率为
（2.3）
式中，m为P盘的质量，c为其比热容，
为P盘处在
时的冷却速率。
由（2.2）、（2.3）两式得：
（2.4）
但要注意，上式中的P盘处在
时的冷却速率
是铜盘P在完全表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为
。
然而，在观察测量样品的稳态传热时，P盘的上表面是被样品覆盖着的，并未向外界散热，所以当样品盘B达到稳定状态时，散热面积仅为：
。
考虑到物体的冷却速率与它的表面积成正比，在稳态时铜盘散热速率的表达式应作如下修正：
（2.5）
于是，经修正后（2.4）式变为：
（2.6）
即
（2.7）
化简后得：
（2.8）
数据记录与处理表：
基本数据：
散热盘（黄铜）比热容：
c=
℃
表2.1用游标卡尺测量待测样品直径和厚度，各测6次。
待测样品
（橡皮样品）
1
2
3
4
5
6
平均值
直径（mm）
130.3
128.5
130.0
128.1
130.4
129.1
129.3
厚度（mm）
8.00
7.90
8.10
8.15
7.95
8.00
8.00
表2.2散热盘P盘的质量、直径和厚度测测量数据记录表
P盘
1
2
3
4
5
6
平均值
直径（mm）
130.5
129.1
128.5
131.0
130.2
128.0
130.00
厚度（mm）
8.00
7.55
8.01
7.80
7.50
8.03
7.88
质量（kg）
0.8886
0.8900
0.9001
0.8599
0.8800
0.8980
0.8988
表2.3稳态时的温度T1、T2的值,[T1=3.50;T2=2.13]
时间（min）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VT1（mV）
3.51
3.50
3.49
3.49
3.48
3.50
3.51
3.50
3.49
3.50
VT2（mV）
2.18
2.18
2.17
2.14
2.14
2.14
2.14
2.13
2.13
2.13
表2.4散热盘的冷却速率数据记录表：
时间（s）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
VT3（mV）
2.36
2.27
2.25
2.22
2.20
2.17
2.17
2.15
2.15
2.14
4、散热速率曲线绘制、线性拟合法计算散热盘的冷却速度
曲线绘制
计算散热盘的冷却速度：
P在T₂的冷却速率△T/△t∣T=T₂（即对应于T₂的斜率）
选取邻近T₂的温度数据：
时间（s）
160
180
VT3（mV）
2.15
2.14
△T/△t∣T=T₂=（2.15-2.14）mV/（180-160）s=0.0005mV/s
5、利用公式
计算导热系数，并对实验结果分析与讨论：
=0.8988×385×0.0005×（（65.00+15.76）/（260.00+15.76））×（4×8.00）/（3.50-2.13）×（1/3.14×129.3²）=2.25×10^（-5）W•m-1•K-1
实验心得
教师评阅
实验报告
实验名称：
温度的电测法
班级：
13材料化学
姓名：
于辉
同组成员：
杨科，韦俊洋
实验目的
1.学习使用毫伏表测定温差电动势及热电偶工作原理。
2．学习热电偶定标、测温方法．
3．掌握热电偶定标曲线的绘制规则。
4．学习用热电偶设计温度计
实验器材、药品及试剂
TE-1温差电偶装置（铜-康铜热电偶或镍铬-镍铝热电偶），水银温度计，量程为200mV的数字电压表，
电热杯（或玻璃烧杯），双层保温杯，直流稳压电源，导线若干．
实验原理
1．热电偶热电现象及测温原理
当两种不同金属互相接触时，在接触面上产生一个接触电位差（铂尔贴电动势）．同一种金属两端处于不同温度时，金属的两端就产生一个电位差（汤姆逊电动势）．而由两种不同的金属或两种不同成分的合金的两端彼此焊接（或熔接）在一起组成闭合回路时，如图3.1，若两端点温度分别保持为t和t0，则回路中就有温差电动势，它是铂尔贴电动势和汤姆逊电动势之和．
产生温差电动势的装置称为热电偶。
温差电动势的大小与组成热电偶的材料有关，也与温度t和t0有关。
当材料一定时，温差电动势Ex唯一地决定于两端点的温度差t-t0，其大小近似为：
（3.1）
式中C为温度系数，由组成热电偶的材料决定.
用热电偶测量温度时，通常把一端置于被测温场中，称为测量端（热端）；另一端恒定于某一温度，称为参考端（冷端），如图3.2所示。
一般将冷端置于冰水混合物（t0=0℃）中。
当t0恒定时，热电偶所产生的温差电动势仅随测量端温度变化．只要把已测得的温差电动势与测量端温度的对应关系整理成热电偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电动势来求得被测温度．
2．热电偶的定标
热电偶的定标就是用实验方法，找出热电偶热端温度与温差电动势的对应关系曲线．根据温度给定方法和测定方法不同，热电偶的定标方法分为纯物质定点定标法和比较定标法等．这里仅介绍比较定标法．
将热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于热水中，让其自然冷却，用水银温度计测量其温度，同时用电位差计测出对应温度时的热电偶温差电动势，以一定温度间隔进行多点测量后画出Ex（t）-t定标曲线。
数据记录及处理：
表3.1测量数据表格
温差（℃）
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
温差电动势E1（×10-4V）
0.92
1.03
1.18
1.34
1.51
1.61
1.84
2.05
2.27
2.50
2.72
2.96
3.20
3.46
温差电动势E2（×10-4V）
0.89
0.98
1.09
1.28
1.43
1.72
2.17
2.43
2.11
2.85
3.01
3.24
3.44
3.64
温差电动势Ex（×10-4V）
0.905
1.005
1.135
1.310
1.470
1.665
2.005
2.240
2.190
2.675
2.865
3.100
3.320
3.550
绘制Ex-t线性拟合曲线
用图解法算出该热电偶的温差电系数
由题意可得：
该热电偶的温差电系数即为Ex-t曲线的斜率
（（3.550-0.905）×10^（-4））V/（90-25）℃=4.07×10^（-6）V/℃
2.用热电偶装置测量实验室温度，并与水银温度计测得的结果进行比较。
答：
热电偶装置测得的温度更为精确。
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