《实验6毛细管法测定液体表面张力系数(7375)2400》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验6毛细管法测定液体表面张力系数(7375)2400（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验六用毛细管法测量液体表面张力系数【实验目的】1. 学习用毛细管法测量液体表面张力系数;2. 把握测高仪、读数显微镜的利用方式。【实验仪器】测高仪，读数显微镜，游标卡尺，毛细管，烧杯，温度计，蒸馏水洗涤液等。【实验原理】当液体和固体接触时，假设固体和液体分子之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张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称为浸润。反之，假设固体和液 体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，那么液体可不能在固体表面扩张，这种现象称 为不浸润。在液体和固体接触时，液体表面的切线与固体表面的切线在液体内部所成的角度 9称为接触角，如图15T。9角为锐时，属于浸润情形；申
2、二0时，称为完全浸湿；申为钝 角时，属于不浸润情形；9二兀时，称为完全不浸润。浸润与否取决于液体、固体的性质。 如纯水能完全浸润结晶的玻璃，但不能浸润石蜡。水银不能浸润玻璃，但能浸润干净的铜、C一P 图 15-1若是将一干净的毛细管（即内径很小而且遍地均匀的玻 璃管）垂直插入无穷广延的水中，由于浸润的缘故，水就沿 着管内圆柱壁上升。可是，由于存在着表面张力，表面会收 缩。二者综合作用的结果，水面最后就平稳在必然位置，形 成一个凹面，称弯月面。假设完全浸润，凹面上周沿恰与管 壁相切，水面可近似地看成半径为r（即毛细管内半径）的半 球面，如图15-2。设平稳时水柱高度为h，管内水柱在铅直 方向受到
3、四个外力的作用：液柱上端的大气对它施加的向下 的压力乙；液柱下端的液体对它施加的向上的压力f；沿 管壁的表面张力F,方向向上；液柱自身的重力W。液柱下 端与管外水面等高，其压强也为大气压强，故，f = f，AB可见管内水柱的平稳条件为F =W；2 兀 r a 二兀 r 2 p gh(15-1)图 15-2因此，水的表面张力系数a =p ghr（15-2）2式中p为水的密度，g为重力加速度。测量时是以管中凹面最低点（A点）到管外平液面（如C 点）的高度为h，而在此高度以上凹面周围还有少量的水。因为能够将毛细管中的凹面看成 半球面，因此凹面周围的水的体积等于1 41兀 r2 - r - 一兀 r3
4、 =兀 r3（153）2 33即，等于管中高为1 r的水柱的体积。因此，上述讨论中的h值，应增加1 r的修正值。于是式（15-2）成为(15-4)在此，咱们假定毛细管外的水面是无穷广延的。但事实上毛细管总在一个盛水的器皿中，由 于器皿中水的表面张力的阻碍，可等效地以为下端面还受到一个方向向下而数值较小的附加力f。如外半径为r的毛细管插在个内半径为R圆心器皿的中心轴处，那么R + 2 r兀a2R )2 (2r )2/ 4(15-5)/ h)1 一 r /(R 一 r)因此实测到的h值就比理想的情形稍小一些，如此式（15-4）可修正为(15-6)1,1 + r/（3h）a = pghr 【实验内容
5、】1. 用镊子掏出浸在重铬酸洗液中的毛细管，接 踵用自来水和蒸馏水将它完全冲洗，再利用一支吸管 把毛细管内的水泡逐出（不然会严峻阻碍h的测量准 确度）。然后将一干净并附有针尖的弯钩形玻璃棒和 毛细管夹在一起，并垂直插在盛有蒸馏水的烧杯中心 处，而烧杯置于起落台上。装置如图15-3）所示。上 下移动烧杯数次（但维持管下端浸没于水中），使毛细 管壁充分浸润。观看毛细管内水柱面的位置，若是毛 细管很干净，那么各次的水面应维持在相同的高度。 调剂起落台螺旋，从水面下方观看针尖及水面所成的 针尖的像，在针尖及其像方才相接时，表示针尖正在 水面处。设置针尖的目的，是因为测量h时，直接测 量外液面的位置不易
6、测准，如上安置针尖后，测量出 针尖到毛细管中凹面的高度差，即所求的h值。2. 用测高仪测量毛细管中水柱高度在毛细管前方约lm多处安置测高仪，使其望远 镜中叉丝横线在水平方向。将测高仪调整好（此系本 实验要求之一）后，通过望远镜观看，使毛细管中水 面及针尖位置部落在测高仪的可测范围内。 图15-3第一测量毛细管的弯月面的位动 y ：调剂测高仪的望远镜位置，使叉丝横线与弯月面相 切，记下读数 y ，维持毛细管不动而向上提一下烧杯后再置于起落台上，调剂起落台螺旋，1 使针尖处于水面处，再测一次弯月面的位置。如此重复测量五次，求得 y 的平均值。然后测量烧杯中水面的位置：慢慢移开烧杯，向下平移望远镜，
7、使叉丝横线正好与针尖 相接，记下读数儿。显然毛细管中水柱高度h = y - y。2 1 23. 用水银温度计测量水的温度e。4. 用读数显微镜测量毛细管直径2r。将显微镜筒转到水平方向，毛细管也转到水平方向并使二者轴线一致。用显微镜对准毛 细管管口，在聚焦以后，使显微镜叉丝竖线与管口一边相切，记下其位置X。施转鼓轮，使 竖线与管口另一边相切，取得读数b，显然毛细管直径2r = la - b。然后，将毛细管绕管轴 施转一角度，再测一次内径。如止转动3至4次重复测量。将毛细管管口另端对准显微镜，进行一样的测量。最后求出毛细管直径的平均值。测 量时注意避免回程误差。5用游标尺测量毛细管外径2r和烧杯
8、内径2R，多次测量求平均值。6.计算在温度0 C时水的表面张力系数及其不确信度。计算不确信度时，可不考虑修 正因子，仍用（15-2）式。实验时要专门注意清洁，不能用手摸水、毛细管下半部和烧杯内侧；实验后应将毛细管 浸在洗涤液中。【试探题】1假设毛细管在水面以上的长度小于水在毛细管中可能上升的高度，水是不是将源源不 断地从毛细管上端流出?2可否用毛细管法测量水银的表面张力系数?3将毛细管法和拉托法测量结果的准确性进行比较。【附录】洗涤液的配置和利用洗涤液是清洗玻璃用具很有效的溶液。它是用重络酸钾的饱和水溶液和浓硫酸按1:1的 比例混合而成的。混合时要将浓硫酸缓缓加入重铬酸钾溶液中，万万不能相反，配制和利历 时要注意平安。刚配好的洗涤液为黄色，在利用进程中，颜色渐渐变绿，当变成深绿色时即 失效。
