[实用新型]一种测量不同温度下液体表面张力系数的实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验装置，具体是涉及一种测量不同温度下液体表面张力系数的实验装置。

背景技术

液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包围，它受到周围分子的作用，合力为零。而液体的表面层(其厚度等于分子的作用半径，约10^-8cm左右)内的分子所处的环境跟液体内部的分子相比缺少了一半和它吸引的分子。由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向上的引力比向下的引力小，合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，所以液面具有收缩的趋势。这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。表面张力f是存在于液体表面上任意一条分界线两侧间的液体的相互作用力，其方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度L成正比，即f＝αL，式中α称为液体的表面张力系数，单位为N·m^-1，在数值上等于单位长度上的表面张力。

表面张力是液体表面的重要力学性质，对表面张力的研究可以为分析分子的分布及表面结构提供有用的线索。例如，不同种类的液体，其表面张力系数不一样，这说明不同液体的分子结构和分子之间的相互作用力不一样，力的性质也不一定完全相同；对于同一种液体，温度越高，表面张力系数越小，说明温度的升高引起表面分子的密度和相互作用力的变化。液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小，说明杂质的掺入改变液体分子的分布和结构。在工业技术上，如浮选技术和液体输送技术等方面，都要对液体的表面张力进行研究。

液体表面张力系数的测定是大学物理实验中一个常见的实验项目。测定液体表面张力系数的方法很多，常用的有拉脱法、毛细管升高法、液滴测重法等，大学物理实验中一般采用拉脱法，因为这种方法简单方便。表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器，以前多采用焦利秤，操作比较麻烦，随着技术的进步，现在大多采用的测力计是力敏传感器。通常采用的方法是将内径为D₁，外径为D₂的金属圆环悬挂在测力计上，然后把它竖直地浸入水中，当缓慢地向上拉起金属环时，环上就会附着一层与液体相连的水膜。由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F，超过此值，水膜即破裂，则F就是金属圆环所受重力G与水柱拉引金属圆环的表面张力f之和，即F＝G+f。由于水膜有内外两个表面，且两液面的直径与金属圆环的内外径相同，故f＝απ(D₁+D₂)，则表面张力系数为测出D₁、D₂及f，根据公式就可以计算出液体的表面张力系数。

目前测量液体表面张力系数的实验装置主要存在以下不足：

其一，没有采取隔离措施，易受外界环境气流干扰。

其二，采取旋转旋钮的方法使盛待测液体的容器升降，同时观察记录金属圆环受到表面张力的最大值，操作繁琐，并且容易误读。

其三，力敏传感器输出为电压值，还要测定其灵敏度，然后换算成力，比较麻烦。

其四，一般只能测室温下液体的表面张力系数。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提出一种测量不同温度下液体表面张力系数的实验装置，该装置既可以测量高于室温又可以测量低于室温某一温度下液体表面张力系数。采用透明玻璃罩进行隔离，可以防止外界气流干扰。通过超声波电机使盛待测液体的容器升降，通过测量控制器将力敏传感器输出的电压值转换为所测力的数值，自动记录并显示测量过程中力敏传感器所测力的最大值，操作过程简单方便。