李佳昂

　　山東省聊城第一中學(xué)高三(20)班山東聊城252000

　　摘要：本文通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法測(cè)量了水、鹽水、酒精三種不同液體的表面張力系數(shù)，證實(shí)了這種常被中學(xué)生忽視的力的存在，加深了對(duì)液體表面張力的理解。實(shí)驗(yàn)表明，同一溫度下，鹽水的表面張力系數(shù)高于水的表面張力系數(shù)，而水的張力系數(shù)遠(yuǎn)高于酒精的表面張力系數(shù)，這也正是酒精更容易浸潤(rùn)一些分體材料的原因之一。

　　1.前言

　　浮力和液體表面張力的概念都是中學(xué)階段要求的學(xué)習(xí)內(nèi)容，但是由于對(duì)浮力的相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)較多，往往忽視了液體表面張力這一概念。比如，當(dāng)一根頭發(fā)輕輕地掉到水面上并漂浮在水面上時(shí)，大部分中學(xué)生都認(rèn)為由于頭發(fā)較輕，浮力使得其能夠漂浮。然而事實(shí)確實(shí)如此嗎?我們還需要更多地認(rèn)識(shí)另外一個(gè)概念—液體的表面張力。生活常識(shí)告訴我們，當(dāng)輕輕地托起一個(gè)一角硬幣于水面上時(shí)，硬幣有時(shí)也能漂浮，這時(shí)，如果我們?cè)儆酶×��?lái)解釋?zhuān)�顯然是不合理的，因?yàn)橹圃煊矌诺慕饘俚拿芏冗h(yuǎn)遠(yuǎn)大于水。這時(shí)，對(duì)液體表面張力的認(rèn)識(shí)顯得尤為重要。

　　凡是作用于液體表面，并且使液體表面積縮小的力，都稱(chēng)為液體表面張力。液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄薄的表面層，由于表面層里的分子受到內(nèi)部液體分子的作用力大于外界空氣分子的作用力，表層中的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大，分子間的相互作用表現(xiàn)為吸引力，這樣，液體表面層就像一張被擴(kuò)張的皮膜，總有一種收縮的趨勢(shì)。由于這一收縮的趨勢(shì)，使得液體表層具有阻止物體破壞自身而進(jìn)入內(nèi)部或到外面去的能力。也正是由于這種原因，才使得一些細(xì)小的昆蟲(chóng)能夠在水面上自由行走，一些輕的硬幣能夠漂浮于水面。需要說(shuō)明的是，液體表面張力來(lái)源于分子之間的吸引力，其方向總是垂直于液體表面

　　2.實(shí)驗(yàn)器材及過(guò)程

　　實(shí)驗(yàn)用到的主要器材有可伸降鐵架臺(tái)、壓阻力敏傳感器、玻璃皿、0.5克砝碼若干、鋁合金圓環(huán)和吊籃、游標(biāo)卡尺、電壓表、純水、無(wú)水酒精、鹽水等。讓圓環(huán)水平放置，使其下沿與水接觸，當(dāng)圓環(huán)從水中拉出時(shí)，測(cè)量水對(duì)圓環(huán)的張力。由于張力與作用長(zhǎng)度成正比，先測(cè)量鋁合金圓環(huán)的內(nèi)外周長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的壓阻力敏傳感器輸出的是電壓值，因此，還需找到傳感器輸出的電壓與力之間的關(guān)系，即定標(biāo)。最后對(duì)張力進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出不同液體的表面張力。

　　3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)得圓環(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

　　對(duì)壓阻力敏傳感器定標(biāo)后，即可測(cè)量幾種液體的表面張力了。首先測(cè)量水，將圓環(huán)懸掛于壓阻力敏傳感器上，調(diào)整其高度并保持水平，調(diào)整鐵架臺(tái)旋鈕，使得圓環(huán)的下沿浸泡于水中，不斷下降水面的高度，能夠觀察到傳感器輸出的電壓值越來(lái)越高，之后有一個(gè)減小過(guò)程，最后，水和圓環(huán)的下沿完全脫離，電壓值突然下降到一個(gè)較小的值，這一較小的電壓值代表的是圓環(huán)的重力，而在脫離前瞬間的電壓值表示的是張力和圓環(huán)的重力之和。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，水、鹽水、酒精的數(shù)據(jù)如表3所示。

　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算得到張力的作用長(zhǎng)度即圓環(huán)的內(nèi)外周長(zhǎng)之和為208.22mm，壓阻力敏傳感器的敏感系數(shù)為20.05mV/g，圓環(huán)在水、鹽水、酒精中收到的張力分別為13.03mN、14.78mN、6.37mN。根據(jù)液體表面張力正比于作用長(zhǎng)度這一規(guī)律，可得到常溫下水、鹽水、酒精的表面張力系數(shù)分別為0.063、0.071、0.031N/m。從這一計(jì)算結(jié)果可以看出，鹽水的表面張力系數(shù)最大，而酒精的表面張力系數(shù)最小，即鹽水的表面最不容易被破壞，最不容易發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，最容易形成液滴，硬幣也最容易在其表面漂浮。

　　實(shí)際生活中，液體表面張力有重要的應(yīng)用，比如，可在金屬器材表面涂抹機(jī)油，使得液態(tài)水在其表面不容易浸潤(rùn)、容易形成水珠滾落，從而減少機(jī)器因水分過(guò)多而引起生銹的幾率。比如，礦場(chǎng)用浮選礦法選礦時(shí)，將破碎后的礦石倒進(jìn)水中，再向其中加入能夠被礦物所識(shí)別的油酯，使得所需挑選的礦物表面上附著一層油酯，隨后再往水中通入空氣，這樣空氣在水下形成的氣泡就可以吸附到有所選礦物顆粒外的油酯層上并將其帶到水面。

　　綜上所述，液體表面都存在張力，表面張力系數(shù)是表征液體性質(zhì)的重要特征參數(shù)。事實(shí)上，當(dāng)我們觀察漂浮于液體表面的物體時(shí)，如果物體有一部分浸泡于液體中時(shí)，則漂浮是浮力的原因;如果物體并沒(méi)有浸泡于液體中，而且由于自身的重力，物體下的液面向下凹陷，則漂浮是表面張力的原因。

　　致謝

　　感謝河南科技大學(xué)臧國(guó)忠老師對(duì)本人的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]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.

　　[2]劉竹琴,馮紅俠.幾種液體表面張力系數(shù)與其濃度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J].延安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,27(2):34-36.

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/wulilw/1655.html