液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計與探討

太原工業(yè)學(xué)院理學(xué)系 栗少杰 褚文杰 謝威威 陳媛媛 劉一輝 趙婷婷

測量液體表面張力系數(shù)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本項(xiàng)目之一，測量一般有拉脫法、液滴法。目前，很多高校都采用FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測定儀，該儀器優(yōu)點(diǎn)很多，但是仍存在一些不足[1][2]，影響測量的準(zhǔn)確性。針對這些不足，本文設(shè)計了一種實(shí)驗(yàn)裝置[3]（專利號ZL201820867042.9），并利用該裝置對液體張力進(jìn)行了測量。

1 儀器的設(shè)計

實(shí)驗(yàn)裝置簡圖如圖1所示，圖2為吊盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖3為檢測水平裝置。

圖1實(shí)驗(yàn)裝置簡圖

圖2吊盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3檢測水平裝置

1.底座；2.吊環(huán)；3.固定架；4.吊繩；5.吊盤；6.絞線軸7.第一鎖緊螺栓；8.套筒；9.橫支架；10.副豎支架；11.齒輪12.調(diào)節(jié)旋鈕；13.齒條結(jié)構(gòu)；14.液體容器；15.電子天平16.三角形薄板；17.水準(zhǔn)儀；18.透明罩；19.調(diào)平螺栓；20.溫度計

2 儀器的操作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）用游標(biāo)卡尺測量得知金屬吊環(huán)外徑D1=3.496cm和內(nèi)徑D2=3.310cm，在液體容器內(nèi)中放入待測液體純凈水將其放置于電子天平上。

（2）通過三線調(diào)節(jié)，利用水平儀調(diào)節(jié)吊環(huán)水平。

（3）轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)旋鈕，使吊環(huán)完全浸入待測液體中，將電子天平調(diào)0，反向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，使吊環(huán)緩慢上升，讀出吊環(huán)上液膜剛拉斷時的讀數(shù)m值，記錄數(shù)值。連續(xù)做5次，求平均值，張力值為F=mg。

（4）在表1中記錄數(shù)據(jù)。

表1

（5）利用張力理論公式F=π(D1+D2）α，求解在溫度t時的表面張力系數(shù)α=F/π(D1+D2）=68.32×10-3N/m。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與同溫度下純凈水表面張力系數(shù)的公認(rèn)值相符，誤差在3.82%左右。

3 結(jié)論

本文所描繪的測定儀巧妙運(yùn)用電子天平避開力敏傳感器定標(biāo)的問題，運(yùn)用三線調(diào)節(jié)和水準(zhǔn)儀改進(jìn)吊環(huán)裝置，得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好。