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1、物理实验论文- 1 -液体表面张力系数与液体浓度的关系【摘要】 液体表面张力系数是表征表面张力大小的重要物理量，用拉脱法测定表面张力系数，找出不同杂质的浓度变化是如何影响液体表面张力系数的。【关键词】 表面张力系数; 杂质; 浓度; 实验；表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数，测定液体表面张力系数的方
2、法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。本实验采用拉脱法测定表面张力系数。实验目的：1、了解液体表面性质。2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。3、探究液体表面张力于不同液体浓度的关系。4、熟悉使用力敏传感器。实验仪器：力敏传感器，被测液体，游标卡尺，圆形金属环，烧杯，砝码及托盘等实验原理：1、面张力的由来假设液体表面附近分子的密度和内部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间物理实验论文- 2 -的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段， 用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要
3、有大小为dE的激活能才能越过势垒，跑到表面去。然而表面某个分子B要想挤向内部，它只需排开分子21、和克服两侧分子43、的吸引力即可，后面没有分子拉它。所以它所处的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能 dE就可越过势垒，潜入液体内部。这样一来，由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力加大了，这就是图(3)右边所示的情况。此时分子B需克服分子43、对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到 dE变得和dE一样时，内外扩散达到平衡。所以在平衡状态下液体表面层内的分子略为稀疏，分
4、子间距比平衡位置稍大，在它们之间存在切向的吸引力。这便是表面张力的由来。在刚才的讨论中未考虑液面外是否有气体。如果有，则分子B背后有气体的分子拉它，这显然会使上述差距减小，从而减小表面张力。事实也确实如此。如果液面外只是它的饱和蒸气，当温度逐步上升到临界点时，饱和蒸气的密度增到与液态的密度相等，液面两侧的不对称性消失，表面张力也就消失了。物理实验论文- 3 -2、实验设计我们设想在液面上作一长为L的线段，则表面张力的作用就表现在线段两边的液体以一定的力F相互作用，且作用力的方向与L垂直，其大小与线段的长度成正比。即LF，式中为液体的表面张力系数，即作用于液面单位长度上的表面张力。采用拉脱法测定
5、液体的表面张力系数是直接测定法，通常采用物体的弹性形变来量度力的大小。若将一个圆形细金属丝环浸入被测液体内，然后再慢慢地将它向上拉出液面，可看到金属环带出一层液膜，如图（4）所示。设金属环的直径为a，拉起液膜将破裂时的拉力为F，膜的高度为h，膜的宽度为b，因为拉出的液膜有前后两个表面，而且其中间有物理实验论文- 4 -一层厚度近似为a的被测液体，且这部分液体有自身的重量，故它所受到的重力为gbahmg（由于金属丝的直径很小，所以这一项很小，一般忽略不计），所受表面张力为)(22abf，故有MgfF 2或变形为)(2)( abMgF （1）式中，为被测液体的密度，g为当地重力加速度，Mg为金属框
6、所受重力与浮力之差。实验步骤1.力敏传感器定标a 接通电源b 挂上砝码盘，待稳定后，调节力敏传感器，使之示数为零。c 增加砝码个数，记录数据，根据数据以及公式，算出 K 值。2测量蒸馏水的表面张力系数（1）将烧杯先后用苛性钠和蒸馏水洗涤，然后注入蒸馏水，置于载物平台 H 上。（2）用游标卡尺测量金属圆环的内外径 D1、D2 各三次，将测量数据填入表 1，计算其平均值。 （3）用镊子夹着金属片，在酒精灯的火焰上烧红去污。待冷却后挂在秤盘的底钩上，注意要使金属片的底边与杯中液面平行。（4）调整载物平台 H，使矩形金属片的底边慢慢浸入水中少许，同时转动升降旋钮D 使三线重合。（5）慢慢转动螺旋 N，
7、使平台 H 下降，同时慢慢地调节升降旋钮 D，始终保持三线重合，直至矩形金属片所带出的液膜断裂为止。不动 D，记录此时电压表的示数 u，填入表 2。物理实验论文- 5 -（6）在没有液膜的情况下，重新调节升降旋钮 D 使三线重合，然后记录电压表的示数1x，填入表 2。（7）重复步骤（4）、（5）、（6）两次。（8）根据式 ，算出各次 （9）将平均值k、 、D1、D2 代入公式 （* ） ，求出 值。（10）进行误差计算。数据记录与处理表 1 金属圆环内径 D1 外径 D2D1/m0.03310D2/m0.03496表 2 求力敏传感器的 k 值m/g0.5001.000 1.500 2.000
8、 2.500 3.0003.500U/mv15.129.242.756,770.786.5100.7平均值 k = 2.69 ( Nm-1) F= /1.0*10-3 N表 3 不同浓度液体表面张力系数值 (水温 t = 20 0C)测量次数U1/mvU2/mv139.82.237.60.011553.8240.22.337.90.011553.8340.02.337.70.011453.3439.92.237.70.011453.3539.82.237.60.011453.3640.12.337.80.011453.3将平均值k、 、 D1 、D2 代入公式（*） ，求出 值和测量误差。实验
9、注意事项物理实验论文- 6 -1水中若掺有油脂，即使很少，其表面张力系数也会有明显的变化。因此，实验过程中必须保持水和矩形金属片的清洁，不要用手触摸，否则将影响实验结果。2在旋转轴时要缓慢，特别是水膜要破时，旋转要慢，在旋转时眼睛要时刻注意这数据的变化，准确记下在数据进行无规则变化前的最后一个数据。3动作要轻而慢，特别是水膜将破时。4 拉膜时动作要轻，尽力避免弹簧的上、下振动。为使数据测量准确，拉膜过程中动作要协调。5 由于杂质和油污可使水的表面张力显著减小，所以务必使蒸馏水、烧杯、金属片保持洁净。实验前要对装蒸馏水的烧杯、金属片进行清洁处理。6. 清洁后的用具，切勿用手触摸，应用摄子取出或存
10、放。图 4 为 NaCl 溶液液表面张力系数随杂质浓度变化曲线讨论在纯液体中加入杂质时，体系的表面张力会发生相应的变化。根据试验，稀溶液的表面张力和浓度的关系大致可分为： 在液体中加入某些杂质会显著改变液体的表面张力。 杂质为表面非活性物质 NaCl 时，当溶质的浓度增加时，溶液的表面张力系数随杂质浓度上升而上升。 杂质为表面活性物质 NaCl 溶液时，当溶液很稀时， 随浓度的增加而急剧下降， 随后大致不随浓度而变(有时也可能会出现最低值)。NaCl 溶液表面张力系数大大低于纯净水，增加 NaCl 浓度，其表面张力系数减小，但减小幅度不大。 物理实验论文- 7 -【参考文献】1 李殿阁.物理化学实验技能.北京:科学出版社,1984.2 王云才,等.大学物理实验教程.北京:科学出版社,2004.3 沈元华 陆申龙.基础物理实验.北京:高等教育出版社,2003.4 李学慧 大学物理实验 北京：高等教育出版社 2005.6 题目：液体表面张力系数与液体浓度的关系学院：食品学院专业：食品质量与安全班级：12 食安(2)姓名：赛买提江都山学号：1026116
