水表面张力系数的测定实验报告

水 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面张力系数的测定实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 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 成绩 姓名童凌炜学号200767025实验台号 实验时间2008年12月03日，第15周，星期三第5-6节 教师签字 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。由于忽略水膜的重力和浮力，拉 - 1 - 吊环一共受到三个力，即重力W、液面的拉力f、传感器的弹力F 拉 FfW,，拉 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D、D,则界限长度 12L=πD+πD。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有 12 F,,,(D+D)12 水膜被拉断前传感器受力F 1 F,,,(D+D)+W112 在水膜拉断后传感器受力F2 F,W2 由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为 F,F12, ,,(D，D)12 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D和外径D(各测量4次取平均)。 12 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V和拉断后的1 电压表读数V(该步骤重复8次)。 2 - 2 - 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 na 0 1 2 3 4 5 6 7 V/mV 0.0 16.9 33.7 50.6 67.5 84.0 101.3 117.6 m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 nb 7 6 5 4 3 2 1 0 V/mV 117.6 101.1 84.3 67.0 49.9 33.1 16.1 -0.5 m/g 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 (2) 表面张力-电压的测量 1 2 3 4 5 6 7 8 n V1/mV 97.6 96.6 96.4 95.3 95.4 96.8 94.9 95.7 V2/mV 46.2 46 45.9 45.8 45.7 45.7 45.7 45.6 (3) 圆环的内外径 n 1 2 D1/mm 34.8 34.8 D2/mm 33.2 33.2 - 3 - 结果与分析: 一、张力仪的定标 V，Vaibi从已知数据，令，，得到一下结果 V,F,mgi2 avgV/mV -0.250 16.500 33.400 50.250 67.250 84.150 101.200 117.600 F/N 0.000000 0.004901 0.009801 0.014702 0.019602 0.024503 0.029403 0.034304 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_all =58.763 Vi-k*Fi -0.250 -0.377 -0.355 -0.382 -0.260 -0.237 -0.064 -0.542 Δv^2 0.0625 0.1424 0.1259 0.1460 0.0674 0.0561 0.0041 0.2934 SUMΔv^2 =0.8978mv2 Sv =0.358133547 Fi^2 0.000000 0.000024 0.000096 0.000216 0.000384 0.000600 0.000865 0.001177 SUMFi^2 0.003362 SvS ,,6.176473639k2F,i Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779 11*10修约后的Uk=mV/N 3k的最终结果为(3.4?0.01)*10mV/N 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 n 1 2 3 4 5 6 7 8 V1/mV 97.6 96.6 96.4 95.3 95.4 96.8 94.9 95.7 avgV1_all =96.0875mV V1i-Vavg 1.5125 0.5125 0.3125 -0.7875 -0.6875 0.7125 -1.1875 -0.3875 ΔV1^2 2.287656 0.262656 0.097656 0.620156 0.472656 0.507656 1.410156 0.150156 SUMΔV1i^2 =5.80875 Sv1 0.322067817 t7 2.36 Uv1a =Sv1*t7= 0.76008mV Uv1b =0.1mV Uv1 0.76663mV 修约后的Uv1 0.8mV V1的最终结果为 96.1?0.8 mV - 4 - 断膜后电压V2 n 1 2 3 4 5 6 7 8 V2/mV 46.2 46 45.9 45.8 45.7 45.7 45.7 45.6 avgV2_all =45.825mV V2i-Vavg 0.375 0.175 0.075 -0.025 -0.125 -0.125 -0.125 -0.225 ΔV2^2 0.140625 0.030625 0.005625 0.000625 0.015625 0.015625 0.015625 0.050625 SUMΔV1i^2 =0.275 Sv2 0.07007 t7 2.36 Uv2a =Sv1*t7= 0.16538mV Uv2b =0.1mV Uv2 0.19326mV 修约后的Uv2 0.2mV V2的最终结果为 45.8?0.2 mV 三、圆环内外径数据的处理 n 1 2 D1/mm 34.82 34.80 D2/mm 33.20 33.22 D1avg=34.81mm，D2avg=33.21mm UD1=UD2=0.02mm 得到内外径的最终结果为 D1 34.81?0.02mm D2 33.21?0.02mm 四、水表面拉力系数的计算与处理 F,F12,根据以上数据，代入计算公式得到 ,,0.069251676,(D，D)12 2222U，UUU，U21212vvkDDU,,，()，,0.000250345又 ,22(V,V)k(D，D)1212 修约后的Uα=0.0002 -3得到张力系数最终结果为α=(69.2?0.2)*10N/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 - 5 - 的水膜长度只是吊环周长的一小部分，这会会导致最后求得的结果偏小; 3.测定仪测量电压值并不是连续的，需要一定的时间来进行反应，若在水膜即将破裂时水 面下降过快，传感器尚未显示出实际的最大电压值，吊环就已经脱离水面。这样会导致 所测得的张力过小，从而导致求得的系数过小; (3) 生活中常见的表面张力现象有:水杯中盛半杯水时，水面边缘沿内杯壁向上延展一定高度;盛满水后在添加少量水，可以看到水面高出杯壁，呈现拱形，但没有水溢出。在平整干燥且洁净的玻璃表面滴上水滴，可以看到水滴总是以最快的速度缩成尽可能地接近圆形，而起初水滴的形状如何。 (4) 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，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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的水平位置上。 - 6 -