大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告.docx
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大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告
大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告
篇一:
水表面张力系数的测定实验报告
大连理工大学
大学物理实验报告
院(系)材料学院专业材料物理班级0705姓名童凌炜学号201967025实验台号
实验时间2019年12月03日,第15周,星期三第5-6节
实验名称水表面张力系数的测定
教师评语
实验目的与要求:
(1)理解表面张力现象。
(2)用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。
主要仪器设备:
FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。
实验原理和内容:
分子间的引力和斥力同时存在,它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示
对液体表面张力的理解和解释:
在液体和气体接触的表面有一个薄膜,叫做表面层,其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜,存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力,这种力称为表面张力。
计算张力时可以做如下的假设:
想象在表面层上有一条长度为L的分界线,则界限两端的表面张力方向垂直于界限,大小正比于L,即f=αL(α为液体表面张力系数)。
实验中,首先吊环是浸润在水中的,能够受到表面张力的拉力作用。
测定仪的吊环缓慢离开水面,将拉起一层水膜,并受到向下的拉力f拉。
由于忽略水膜的重力和浮力,
吊环一共受到三个力,即重力W、液面的拉力f拉、传感器的弹力F
F?
f拉?
W
试验中重力是常量,而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。
水膜被拉断前瞬间的f拉,就是表面张力f。
圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层,若吊环的内、外直径分别为D1、D2,则界限长度L=πD1+πD2。
根据界线思想定义的张力计算式得f=αL,则有
F?
?
?
(D1+D2)
水膜被拉断前传感器受力F1
F1?
?
?
(D1+D2)+W
在水膜拉断后传感器受力F2
F2?
W
由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为
?
?
F1?
F2
?
(D1?
D2)
步骤与操作方法:
(1)力敏传感器的定标
i.开机预热10分钟。
ii.将仪器调零后,改变砝码重量,再记录对应的电压值。
得到U-G关系,完成传感器的
定标。
(2)水的表面张力及吊环内外径的测量i.测量吊环的内径D1和外径D2(各测量4次取平均)。
ii.严格处理干净吊环。
先用NaOH溶液洗净,再用清水冲洗干净。
iii.在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿,并挂上吊环,调节吊环水平(此步重要,
细微的水平位置偏差将导致结果出现误差)。
iv.升高平台,当吊环下沿部分均浸入水中后,下降平台。
观察环浸入液体中及从液体中
拉起时的物理过程和现象,记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V1和拉断后的电压表读数V2(该步骤重复8次)。
数据记录与处理:
以下为测量所得的直接数据
(1)仪器的定标
(2)表面张力-电压的测量
(3)圆环的内外径
结果与分析:
一、张力仪的定标
Vai?
Vbi
,F?
mg,得到一下结果从已知数据,令
Vi?
设两者存在关系V=kF,使用LINEST函数直接对数据进行直线拟合,得到k=3444.01203
接下来使用MLS计算Uk:
avgV_allSUMFi_
=58.763
SUMΔv_=0.8978mv2
Sv=0.3581335470.003362
Sk?
Sv
?
F
2
?
6.176473639
i
Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779修约后的Uk=1*10mV/Nk的最终结果为(3.4±0.01)*103mV/N
1
得到V-F关系方程为V=3400*F
二、拉力电压数据的处理断膜瞬间电压V1
0.322019817
2.36
mV
Uv1b=0.1mV
avgV1_all=96.0875mV
Sv1t7Uv1aUv1
SUMΔV1i_=5.80875
=Sv1*t7=0.76008mV0.76663mV
0.8mV96.1±0.8
修约后的Uv1V1的最终结果为
断膜后电压V2
mV
Uv2b=0.1mV
avgV2_all=45.825mV
Sv2t7Uv2aUv2
修约后的Uv2
V2的最终结果为
0.07007
2.36
=Sv1*t7=0.16538mV0.19326mV
0.2mV45.8±0.2
SUMΔV1i_=0.275
三、圆环内外径数据的处理D1avg=34.81mm,D2avg=33.21mmUD1=UD2=0.02mm得到内外径的最终结果为四、水表面拉力系数的计算与处理根据以上数据,代入计算公式得到?
?
2
2
F1?
F2
?
(D1?
D2)
2
2
?
0.069251676
Uv1?
Uv2Uk2UD1?
UD2?
()?
?
0.000250345又U?
?
(1?
2)2(1?
2)2
修约后的Uα=0.0002
得到张力系数最终结果为α=(69.2±0.2)*10-3N/m
讨论、建议与质疑:
(1)吊环刚刚接触水面时,电压读数会跃变至一个较大值,然后在慢慢变小。
因为在刚刚接触水
表面时,水和吊环产生了浸润的现象,在吊环壁产生了一圈水膜,此时即存在张力,表现为对吊环向下的拉力,所以吊环刚刚接触水面时,传感器所受拉力会突然变大。
(2)引起误差的原因会有一下几点:
1.定标时砝码盘摇晃,会使传感器受到大于砝码盘(含砝码)重力的力的作用,这会导致测得的电压值偏大,致使定标获得的k过大,导致最后求得的结果偏小;
2.如果吊环不水平,则会导致水面在下降过程中,水膜并不是同时破裂,实际作用于吊环
篇二:
水的表面张力系数测定-实验数据处理与分析
实验数据处理与分析
I.张力仪的定标
由已知数据,令?
?
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=?
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1+?
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?
?
2
2
,?
?
=?
?
?
?
得到以下结果:
得到线性函数V=kF+b的函数解析式为V=3616.69F-0.4006;即得到k=3616.69;b=-0.4006.接下来计算?
?
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;?
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27(?
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6
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=0(?
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=0
+8=0.0472)(?
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1
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6=2.3047*2.45=5.6465?
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=?
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6=0.0472*2.45=0.1156修约后的?
?
?
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=6mV/N;?
?
?
?
=0.1mV.故k=(3617±6)mV/N;b=(-0.4±0.1)mV
得出V=(3617±6)F+(-0.4±0.1).
II.表面张力—-电压数据的处理
断膜瞬间电压V?
?
:
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=?
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7
27(?
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7=2.36
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=0.1mV
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=?
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2+?
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?
?
?
2=0.43mV修约后的?
?
?
?
=0.4mV故V=(92.9±0.4)mV.
′
断膜后电压?
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:
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′=?
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′?
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7
′′27?
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=0(?
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)
=0.07?
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7=2.36
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=0.1mV
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?
′=?
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′?
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2+?
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?
′?
?
?
2=0.12mV修约后的?
?
?
?
′=0.1mV.故?
?
′=(41.7±0.1)mV.
III.圆环内外径数据的处理
?
?
?
?
=34.90mm;?
?
?
?
=33.20mm
本次实验只测量一组数据,故?
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=?
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?
?
=0.
游标卡尺精确度为0.05mm,故?
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=?
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?
=0.05mm.故?
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?
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=(34.90±0.05)mm;?
?
?
?
=(33.20±0.05)mm.
IV.水表面张力系数的计算与处理
根据以上数据,代入计算公式得到?
?
=?
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?
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(?
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′?
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?
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1+?
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2)
2?
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?
2?
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?
4?
4?
?
?
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=?
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+(+×10N/m,修约为?
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=6×10N/m.?
?
′?
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)+)(?
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
2+?
?
′2
得到水的表面张力系数α=(660±6)×10?
4N/m.
讨论、建议与质疑
I.思考题(见实验预习报告)II对本实验的体会与改进建议:
本实验中最终要的测量步骤是测量吊环与水膜断开瞬间的电压值,由于是瞬时值,故对操作的要求很高。
在实验中可以发现,当液面从最高点(此时认为吊环已经浸润)开始下降时,传感器的电压示数呈现如下的变化规律:
一开始电压随液面的下降而上升,此时可以较快地旋转升降螺母使液面下降;电压上升到某一较大值后,将在一段时间内维持不变,此时表明水膜的拉力以达到最大值,应放慢螺母旋转的速度,使水面缓慢下降;之后电压将呈现下降的趋势,这时说明水膜即将破裂,应极其缓慢地旋转螺母,保证液面平稳下降且不产生波纹,同时密切注意电压读数和水膜状态,一面观察水膜,一面逐个记忆读数,当水膜破裂瞬间得到的读数,即为所需的测量值。
做实验中发现:
①吊环仪器的制作比较粗糙,用于悬挂的金属丝长度不整且有较严重的扭曲,这些都不利于吊环的水平位置调节。
因此建议对吊环仪器应当精密制作,使用三根等长的金属丝,拴在吊环中心对称且等高的三个孔上,并且上端在同一长度位置上拧成一股,这样可以保证静止悬挂时,吊环即处在基本符合标准的水平位置上。
②吊环硬度不足导致长期实验致使圆环变形,原本的圆形变成不规则图形,依旧用圆的直径计算其面积误差较大,建议使用硬度更大的材料制作。
③部分设备工作台升降过程中严重晃动,对于水膜的破裂有较大的影响。
篇三:
大物实验《液体表面张力系数的测量》数据记录
五、数据记录
D1?
3.310cmD2?
3.496cm
六、数据处理