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1、液体表面张力系数的测定【实验目的】 1. 掌握用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法。2. 学习用读数显微镜测量微小长度。【实验原理】当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，这种现象焦润湿。若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，叫不润湿。润湿与不润湿取决于液体、固体的性质，如纯水能完全润湿干净的玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的铜、铁等。润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁程度密切相关，实验中要予以特别注意。液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在
2、液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直与改直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。把金属丝AB弯成如图5.2.1-1(a)所示的形状，并将器悬挂在灵敏的测力计上，然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值（超过此值，膜即破裂），则应当是金属丝重力与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为，则由得(1) 显然表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于改分界线。表面张力的大小与分界线的长
3、度成正比。即(2)式中称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质有关，密度小而易挥发的液体小，反之较大；表面张力系数还与杂质和温度有关，液体中掺入某些杂质可以增加，而掺入另一些杂质可能会减少；温度升高，表面张力系数将降低。测定表面张力系数的关键是测量表面张力。用普通的弹簧称是很难迅速测出液膜即将破裂时的的，应用焦力氏称则克服了这一困难，可以方便地测量表面张力。【实验仪器】 焦利氏称由固定在底座上的秤框、可升降的金属杆和锥形弹簧秤等部分组成，如图5.2.1-2所示。在秤框上固定由下部可调节的载物平台、作为平衡参考点用的玻璃管和作弹簧伸长量读数用的游标；升降杆位于秤框内部，其上部有刻
4、度，用以读出高度，框顶端带有螺旋，供固定锥形弹簧秤用，杆的上升和下降由位于秤框下端的升降钮控制；锥形弹簧秤由锥形弹簧、带小镜子的金属挂钩及砝码盘组成。带镜子的挂钩从平衡指示玻璃管内穿过，且不与玻璃管相碰。焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同：普通弹簧秤是固定上端，通过下端移动的距离来称衡，而焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来秤衡。其次，为了克服因弹簧秤自重引起弹性系数的变化，把弹簧做成锥形。由于焦力氏秤的特点，在使用中应保持让小镜中的指示横线、平衡指示玻璃管上的刻度线及其在小镜中的像三者对齐，简称为三线对齐，作为弹簧下端的固定起算点。【实验步骤】1. 把锥形弹簧，带小
5、镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝，使秤框垂直，小镜子应正好位于玻璃管中间，挂钩上下运动时不至与管摩擦。2. 逐次在砝码盘内放入砝码，调节升降钮，做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。用逐差法和作图法计算出弹簧的劲度系数。3. 测量自来水的表面张力系数4. 用钢板尺测量金属圈的直径和金属丝两脚之间的距离。5. 取下砝码，在砝码盘下挂上已清洗过的金属圈，仍保持三线对齐，即下升降杆读数。6. 把盛有自来水的烧杯放在焦利氏秤平台上，调节平台的微调螺丝和升降钮，使金属圈浸入水面以下。7. 缓慢地旋转平台微调螺丝和升降钮，注意烧杯下降和金属杆上升时，始终保持三线对齐。当液膜刚要破裂时，记下金属杆的读数。测量3次，取平均，计算自来水的表面张力系数和不确定度。8. 测量肥皂水的表面张力系数用金属丝代替金属圈，重新确定弹簧的起始位置,测量步骤同2。【预习思考题】焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？【复习思考题】1. 焦利氏秤的弹簧为什么做成锥形？2. 表面张力与哪些因素有关?实验中应注意哪些地方才能减小误差?3. 液体表面张力产生的原因。
