用吊環(huán)和∏型金屬框拉膜測(cè)量液體表面張力系數(shù)的討論

魯 佩，朱 瑜

（湖北民族學(xué)院，湖北 恩施 445000）

用硅壓阻式力敏傳感器測(cè)量液體的表面張力系數(shù)是比較常見(jiàn)的方法[1－6]，用此儀器測(cè)量液體表面張力系數(shù)時(shí)，可選擇不同的拉膜工具。文章中選擇兩種常見(jiàn)的拉膜工具，即吊環(huán)和∏型金屬框，利用FD－NST－I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀在不同溫度下分別對(duì)純凈水、乙醇和甘油3種常見(jiàn)液體進(jìn)行了測(cè)量，討論和分析這兩種拉膜工具對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

1.1 硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)

力敏傳感器上分別加各種質(zhì)量砝碼，測(cè)出相應(yīng)的電壓輸出值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

取重力加速度g＝9.8m／s2，用逐差法求得儀器的靈敏度為B＝2.929×103mv／N。

表1 力敏傳感器定標(biāo)

1.2 純凈水表面張力系數(shù)的測(cè)定

用游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬圓環(huán)：外徑D1＝3.496cm，內(nèi)徑D2＝3.310cm，∏型金屬框?qū)挾萀＝3.618cm。

在同一溫度下用吊環(huán)和∏型金屬框拉膜對(duì)純凈水的表面張力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表2～表3。

表2 用吊環(huán)測(cè)量純凈水的表面張力系數(shù)（水的溫度24.5℃）

表3 用∏型金屬框測(cè)量純凈水的表面張力系數(shù)（水的溫度24.5℃）

經(jīng)查閱文獻(xiàn)[6]得到在T＝10℃、25℃、50℃時(shí)，純凈水的表面張力系數(shù)分別為α＝74.23103N／m。又查閱文獻(xiàn)[7]得到T＝20℃時(shí)，純凈水表面張力系數(shù)為α＝72.75×103N／m。由于隨溫度的升高表面張力系數(shù)減小，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出在T＝24.5℃時(shí)，用∏型金屬框測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比用吊環(huán)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。但從測(cè)得的10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到用吊環(huán)測(cè)得的結(jié)果穩(wěn)定性比用∏型金屬框測(cè)得的結(jié)果要好。

1.3 乙醇表面張力系數(shù)的測(cè)定

在同一溫度下用吊環(huán)和∏型金屬框拉膜對(duì)乙醇的表面張力系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表4～表5。

表4 用吊環(huán)測(cè)定乙醇的表面張力系數(shù)（乙醇的溫度24.8℃）

表5 用∏型金屬框測(cè)定乙醇的表面張力系數(shù)（乙醇的溫度24.8℃）

經(jīng)查閱文獻(xiàn)[6]得到在T＝10℃、25℃、50℃時(shí)，乙醇的表面張力系數(shù)分別是α＝23.22×又查閱文獻(xiàn)[7]得到T＝20℃時(shí)，乙醇的表面張力系數(shù)為α＝22.27×103N／m。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)T＝24.8℃時(shí)，用吊環(huán)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比用∏型金屬框測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。用吊環(huán)和用∏型金屬框在測(cè)量乙醇表面張力系數(shù)時(shí)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性都較好。

1.4 甘油表面張力系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)完成了在同一溫度下用吊環(huán)和用∏型金屬框拉膜對(duì)甘油的表面張力系數(shù)的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6～7。

表6 用吊環(huán)測(cè)定甘油（丙三醇）的表面張力系數(shù)（甘油的溫度30.4℃）

表7 用∏型金屬框測(cè)定甘油（丙三醇）的表面張力系數(shù)（甘油的溫度30.4℃）

經(jīng)查閱文獻(xiàn)[7]得到當(dāng)T＝25℃時(shí)，甘油的表面張力系數(shù)為α＝62.50×103N／m。又查閱文獻(xiàn)[8]得到當(dāng)T＝20℃時(shí)，甘油的表面張力系數(shù)為α＝63.40×103N／m。由以上數(shù)據(jù)可推知用∏型金屬框側(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精確。這可能是由于甘油的黏度太大，吊環(huán)在拉破液膜的過(guò)程中環(huán)壁內(nèi)外帶有較多液體，在拉破時(shí)因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨鴥A斜，導(dǎo)致誤差較大。但從測(cè)得的十組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到用吊環(huán)測(cè)得的結(jié)果穩(wěn)定性比用∏型金屬框測(cè)得的結(jié)果要好。

2 結(jié) 論

利用FD－NST－I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀，通過(guò)用吊環(huán)和∏型金屬框兩種形狀拉膜，測(cè)量了不同溫度下純凈水、乙醇和甘油3種常見(jiàn)液體的表面張力系數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論：

（1）就數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性而言，用吊環(huán)測(cè)量比用∏型金屬框好。因?yàn)樵谝耗だ频乃查g，吊環(huán)的擺動(dòng)很快減小，數(shù)字電壓表的讀數(shù)很快就達(dá)到穩(wěn)定。

（2）從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差來(lái)比較，用∏型金屬框比用吊環(huán)測(cè)量好。這可能是由于吊環(huán)與液體接觸面比∏型金屬框更大，在拉破液膜的過(guò)程中環(huán)壁內(nèi)外帶有較多液體，在拉破時(shí)因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨鴥A斜，導(dǎo)致誤差較大。

（3）在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在上述幾種常見(jiàn)液體中，乙醇的拉膜過(guò)程最穩(wěn)定，因?yàn)椴还苁怯玫醐h(huán)還是∏型金屬框，在液膜拉破前后讀數(shù)都比較穩(wěn)定，液膜拉破后吊環(huán)和∏型金屬框也很容易穩(wěn)定下來(lái)。

通過(guò)對(duì)不同液體測(cè)量結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用吊環(huán)和∏型金屬框拉膜各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。但總的來(lái)看，用吊環(huán)測(cè)量的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要優(yōu)于∏型金屬框，所以在測(cè)量液體表面張力系數(shù)時(shí)選用吊環(huán)拉膜是比較合適的。

[1]姜琳.用力敏傳感器測(cè)量乙醇水溶液的表面張力系數(shù)與濃度的關(guān)系[J].物理實(shí)驗(yàn)，2004，24（8）：28－30.

[2]焦麗鳳，陸申龍.用力敏傳感器測(cè)量液體表面張力系數(shù)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2002，22（7）：40－42.

[3]胡亞范，姚愛(ài)巧.用力敏傳感器測(cè)量液體表面張力系數(shù)[J].物理與工程，2005，15（6）：38－40.

[4]陳駿逸，范偉民.用硅壓阻式力敏傳感器測(cè)量液體的表面張力系數(shù)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，21（6）：42－43.

[5]冷雪松，王畫(huà)華，王開(kāi)明.基于力敏傳感器測(cè)量的液體表面張力系數(shù)[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（5）：466－469.

[6]趙文麗，高峰，曹學(xué)武.基于力敏傳感器測(cè)量液體表面張力系數(shù)的不確定度評(píng)估[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012（1）：70－71.

[7]Robert C W，Melvin J A，Willian H B.CRC Handbook of Chemistry and Physics on CD－ROM[J].Boca Raton，F(xiàn)lorida：CRC Press，2003：6－32，6－46.

[8]王殿元.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].2版.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008，7：342－343.