基于力敏传感器测无机盐溶液表面张力系数与浓度关系

许巧平

摘      要： 利用液体表面张力系数测定仪和力敏传感器测定了不同浓度的无机盐溶液的表面张力系数，并用origin做出浓度与表面张力关系图，得出在温度不变的条件下无机盐溶液的表面张力系数随浓度的增大而增大，并趋于一定值的结论。

关  键  词：力敏传感器、拉脱法;表面张力系数;浓度

中图分类号：TQ 028       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2015）06-1203-03

Measuring the Relationship Between Surface Tension Coefficient

and Inorganic Salt Solution Concentration With Force Sensor

XV Qiao-ping

（College of Physics and Electronic Information， Yanan University， Shaanxi Yanan 716000， China）

Abstract： The surface tension coefficient of inorganic salt solutions with different concentrations were measured by the instrument for measuring the liquid surface tension coefficient and force sensor， and the relationship diagram between concentration and surface tension was drawn by Origin. The results show that the surface tension coefficient of inorganic salt solution increases with increasing of concentration under the same temperature， and tends to a certain value.

Key words： Instrument; Tearing-off method; Surface tension coefficient; Concentration

液體表面张力系数是表征液体性质的一个重要物理量，物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关，如毛细现象、浸润现象等。因此，测量液体表面张力系数对于科学研究和实际应用都具有重要意义。液体表面张力系数的测定也是理工科学生要掌握的重要实验之一。为了加强了解影响不同液体的表面张力系数的因素，测量了两种不同浓度无机盐溶液表面张力系数。

1  实验原理

2  实验装置

图1为实验装置图，其中，液体表面张力系数测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量  电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表，其他装置包括铁架台、微调升降台、装有力敏传感器的固定杆、盛液体的玻璃皿和圆形吊环[2]。

图1  液体表面张力系数测定装置

Fig.1 Device for measuring the liquid surface tension coefficient

3  实验步骤

（1）调节仪器底座和传感器两端水平;接通组合测试仪电源，将仪器预热15 min。

（2）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。

（3）在传感器两端挂上砝码盘，调节电子组合仪上补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零值。

（4）在砝码盘上依次加至0.500 g等质量的砝码6次，记录相应这些力作用下数字电压表的数值，填入表1中。用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度K。

（5）用数显游标卡尺分别测量金属环的内径和外径，多次测量取平均值。

（6）用洁净水将金属圆环洗净并擦干，挂在传感器的小钩上。

（7）调节升降台，将液面上升至靠近环的下边沿。观察环的下边沿是否与待测液面平行，不平行可调节吊环上的铁丝，使两者达到平行。

（8）调节升降台，使其渐渐上升。将环的下沿部分全部浸没在待测液体中，然后，反向调节升降台，使液面逐渐下降。至金属环和液面形间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液即将拉断前一瞬间数字电压表读数值和液膜拉断后一瞬间数字电压表数值。

4  数据记录与处理

4.1  硅压阻式力敏传感器的灵敏度的定标

根据记录数据作图，以砝码质量乘以延安当地的重力加速度（）为自变量，电压值为因变量。在直角坐标系中定标力敏传感器的灵敏度，见图2。

用最小二乘法拟合得

图2  硅压阻式力敏传感器灵敏度的定标

Fig.2 Calibration of silicon piezoresistive pressure sensor

4.2  吊环内径和外径的测量

4.3  不同浓度的无机盐溶液的表面张力系数的测定

（1）待测液体测量数据见表2。

计算得

表1  吊环内径和外径的测量数据

表2  待测液体表面张力系数3%NaNO3

（2）保持温度14.8 ℃不变， 接下来依次配制了不同浓度待测液体3% NaNO3的溶液，计算结果见图3所示用最小二乘法拟合得

（3）温度15.2 ℃不变的条件下，不同浓度溶液不同浓度下Na2S2O3.5H2O的表面张力系数的测定，结果如下见图3。

图3  不同濃度溶液的表面张力系数

Fig.3 The coefficient of surface tension of the solutions with different concentration

用最小二乘法拟合得

5  结 论

NaNO3和Na2S2O3.5H2O溶液在本次实验所测浓度的范围内，其表面张力系数与浓度的关系的线性相关系数都非常接近1，本实验笔者还做了三种药品不同浓度下的液体表面张力系数与浓度的关系，与上面两种结果一致，说明 和溶液的表面张力系数与浓度线性正相关[3-6]。

参考文献：

[1] 杨述武.普通物理实验[M].北京：高等教育出版社，2000：209-212.

[2]沈元华，陆申龙.基础物理实验[M].北京：高等教育出版社，2003：61-64.

[3]王玉清，杨德甫.液体表面张力系数的测定[J].延安大学学报，2007，26（3）：32-38.

[4]魏杰.拉托法测液体表面张力系数的改进[J].大学物理实验，2004，23（12）：28.

[5]Paul peter urone.college physics[M].Beijing：China machine        press，2002，10：260-261.

[6]Ronald lane Reese.college physics（上）[M].Beijing，China      machine press，2002：508-509.

甲醇有望迎来阶段性上涨

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