研究雜質(zhì)濃度變化對(duì)液體表面張力系數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)

【摘要】 液體表面張力系數(shù)是表征表面張力大小的重要物理量，用拉脫法測(cè)定表面張力系數(shù)，找出不同雜質(zhì)的濃度變化是如何影響液體表面張力系數(shù)的。

【關(guān)鍵詞】 表面張力系數(shù); 雜質(zhì); 濃度; 實(shí)驗(yàn)

液體表面張力是一種特殊的力，它是液體(純凈液體、溶液)性質(zhì)的一種表現(xiàn)。從微觀上看，表面張力是因液體表面薄層內(nèi)分子間的相互作用，它不同于液體內(nèi)部分子間的相互作用，從而使液體表面層具有一種特殊性質(zhì)。液態(tài)物質(zhì)的表面層由于分子力的作用形成一層如同張緊的橡皮膜一樣的液膜，且有自行收縮的趨勢(shì)，如果在液面作一長(zhǎng)為L(zhǎng)的線段，則線段兩邊液面上有一張力F作用于L且力的方向與線段垂直，大小與線段長(zhǎng)度L成正比，即：

　　F=α·L

　　其中的α稱(chēng)為液體表面張力系數(shù)，它等于單位長(zhǎng)度直線兩旁液面分子之間的相互作用力，由于組成不同的物質(zhì)的分子不同，且在同一液體中不同溫度分子的動(dòng)能、勢(shì)能不同，分子間的引力不同，所以張力系數(shù)也不同。液體表面張力系數(shù)是表征表面張力大小的物理量，是討論液體表面現(xiàn)象、了解液體性質(zhì)的重要物理參量。因此，這種張力系數(shù)就成了描述液體特性的一個(gè)重要參數(shù)。在醫(yī)學(xué)工程、化學(xué)研究中有重要研究意義。測(cè)量液體的表面張力系數(shù)有多種方法，拉脫法是測(cè)量液體表面張力系數(shù)常用的方法之一。該方法的特點(diǎn)是用秤量?jī)x器直接測(cè)量液體的表面張力，測(cè)量方法直觀，概念清楚。通過(guò)液體表面張力系數(shù)的測(cè)定了解影響表面張力系數(shù)測(cè)定的因素，掌握拉脫法測(cè)定表面張力系數(shù)的原理和技術(shù)，觀察不同濃度葡萄糖溶液、肥皂水溶液的表面張力，計(jì)算表面張力系數(shù)。掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作圖處理方法，學(xué)會(huì)做科學(xué)研究的一般方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出雜質(zhì)濃度變化是如何影響液體表面張力系數(shù)的。

　　1 儀器及材料

　　小倔強(qiáng)系數(shù)彈簧，讀數(shù)顯微鏡，門(mén)型金屬絲，燒杯，溫度計(jì)，鐵架臺(tái)，蒸餾水，肥皂水，量筒。

　　2 原理方法

　　測(cè)定液體表面張力采用拉脫法，使用焦利秤進(jìn)行測(cè)量。將一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的潔凈門(mén)型金屬絲浸入水中后，慢慢拉出水面門(mén)型絲將在液面上豎直拉出一液膜，如圖1所示。

　　圖1 表面張力試驗(yàn)原理

　　在門(mén)型絲從液面上被拉出之前，所受力的平衡條件為：

　　F-mg-f=0(1)

　　式中F 為所施的外力，mg為細(xì)絲與所沾附的液體的總質(zhì)量，f 為表面張力。表面張力與長(zhǎng)度L成正比即有：

　　f=2αL (2)

　　α為表面張力系數(shù)。用焦利秤測(cè)量表面張力時(shí)，由公式(胡克定律)

　　f=K(x-x0) (3)

　　由(2)，(3)式可得：

　　α=K(x-x0)2L=KΔx2L (4)職稱(chēng)論文

　　(4)式中K為彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)，X0為細(xì)絲剛浸入液體時(shí)標(biāo)尺的讀數(shù)， X為細(xì)絲從液面拉脫時(shí)的讀數(shù)。ΔX =X- X0為差值。

　　在實(shí)驗(yàn)中，利用水的表面張力系數(shù)α=(70-0.15t)×10-3N·m-1，t為攝氏度，求水的表面張力系數(shù)，然后再根據(jù)標(biāo)差值由

　　α水αc=Δx水Δxc?αc=ΔxcΔx水α水(5)

　　(5)式算出室溫20℃下不同濃度溶液的表面張力系數(shù)。

　　3 數(shù)據(jù)結(jié)果處理

　　純凈水、1‰、2‰、3‰、4‰、5‰ 的葡萄糖溶液和肥皂水在溫度為室溫20℃時(shí)的表面張力系數(shù)見(jiàn)表1。表1 測(cè)定液體表面張力系數(shù)數(shù)據(jù)表實(shí)驗(yàn)溫度

　　4 討論

　　在純液體中加入雜質(zhì)時(shí)，體系的表面張力會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)試驗(yàn)，稀溶液的表面張力和濃度的關(guān)系大致可分為：

　�、� 在液體中加入某些雜質(zhì)會(huì)顯著改變液體的表面張力。

　�、� 雜質(zhì)為表面非活性物質(zhì)葡萄糖時(shí)，當(dāng)溶質(zhì)的濃度增加時(shí)，溶液的表面張力系數(shù)隨雜質(zhì)濃度上升而上升。

　�、� 雜質(zhì)為表面活性物質(zhì)肥皂水時(shí)，當(dāng)溶液很稀時(shí)，α 隨濃度的增加而急劇下降，α隨后大致不隨濃度而變(有時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)最低值)。

　�、� 肥皂水的表面張力系數(shù)大大低于純凈水，增加肥皂水濃度，其表面張力系數(shù)減小，但減小幅度不大。

　　實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　�、� 調(diào)節(jié)焦利氏秤時(shí)一定要保證指示鏡在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中自由懸于指示管中央。

　�、� 拉膜時(shí)動(dòng)作要輕，盡力避免彈簧的上、下振動(dòng)。為使數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，拉膜過(guò)程中動(dòng)作要協(xié)調(diào)。

　　③ 由于雜質(zhì)和油污可使水的表面張力顯著減小，所以務(wù)必使蒸餾水、燒杯、金屬片保持潔凈。實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝蒸餾水的燒杯、金屬片進(jìn)行清潔處理。

　　④ 清潔后的用具，切勿用手觸摸，應(yīng)用攝子取出或存放。

　　圖2 葡萄糖溶液表面張力系數(shù)隨雜質(zhì)濃度變化曲線

　　圖3 肥皂水表面張力系數(shù)隨雜質(zhì)濃度變化曲線

【參考文獻(xiàn)】
　　1 李殿閣.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能.北京:科學(xué)出版社,1984.

　　2 王云才,等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程.北京:科學(xué)出版社,2004.

　　3 沈元華 陸申龍.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn).北京:高等教育出版社,2003.

【研究雜質(zhì)濃度變化對(duì)液體表面張力系數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)】相關(guān)文章：

同輩群體對(duì)青少年網(wǎng)癮的影響研究05-16

高氧對(duì)肺損傷患兒的影響研究05-01

略談藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究07-26

地域文化影響下的企業(yè)文化構(gòu)建研究06-14

初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略研究06-14

網(wǎng)購(gòu)顧客滿(mǎn)意度影響因素模型研究05-15

關(guān)于上市公司現(xiàn)金股利政策信號(hào)內(nèi)涵的影響因素實(shí)證研究08-05

臨床生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究08-17

音樂(lè)對(duì)舞蹈作品的影響05-29

音樂(lè)對(duì)人生的影響論文04-20