液(ye)(ye)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)總(zong)是處于一(yi)種繃緊(jin)的(de)狀態，這是由(you)于液(ye)(ye)面(mian)(mian)各部分之間存在著相(xiang)互拉緊(jin)的(de)力(li)(li)，這種力(li)(li)就(jiu)是表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)，表(biao)征(zheng)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)的(de)一(yi)個重要參數(shu)(shu)是表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)(shu)，它的(de)大小由(you)液(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)種類及溫度(du)決定，不(bu)同(tong)溶(rong)質的(de)溶(rong)液(ye)(ye)其表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)(shu)亦不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)。測定液(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)(shu)也是大學物理實(shi)驗中一(yi)個重要的(de)基(ji)本力(li)(li)學實(shi)驗，本文測定了不(bu)同(tong)蔗糖溶(rong)液(ye)(ye)在不(bu)同(tong)濃度(du)下對表(biao)面(mian)(mian)張(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)影(ying)響。

1、測量原理

測量表面(mian)張(zhang)力(li)系(xi)(xi)數的方法(fa)(fa)(fa)有拉(la)(la)(la)脫法(fa)(fa)(fa)、毛細管法(fa)(fa)(fa)、最大氣泡壓(ya)力(li)法(fa)(fa)(fa)、光纖(xian)干涉法(fa)(fa)(fa)、激(ji)光衍射法(fa)(fa)(fa)等，本實驗中采用拉(la)(la)(la)脫法(fa)(fa)(fa)。實驗儀器為FD-NST-1表面(mian)張(zhang)力(li)系(xi)(xi)數測定(ding)儀,其拉(la)(la)(la)力(li)與輸出電(dian)壓(ya)關系(xi)(xi)為F=U/B,B為傳感器靈敏度。

一個(ge)金屬環其內、外(wai)徑分別為D1和(he)D2，將其固定在硅壓阻力敏傳感(gan)器上，并垂直(zhi)浸沒于液(ye)體中，通(tong)過(guo)旋轉螺絲升(sheng)降平(ping)臺，降低平(ping)臺時，圓環被漸(jian)漸(jian)拉起(qi)，金屬環和(he)液(ye)面之間(jian)拉起(qi)環形液(ye)膜，忽(hu)略被拉起(qi)的液(ye)膜重力，此時拉力為

F1=m0g+fcosθ，

其中，m0為(wei)吊環質量(liang),f為(wei)液體表面張力(li)。f=π(D1+D2)α,α為(wei)表面張力(li)系數,θ為(wei)表面張力(li)與豎直(zhi)方向的夾(jia)角，稱為(wei)濕潤角。

當(dang)液膜即(ji)將被拉(la)(la)脫時，θ≈0傳感器(qi)受到(dao)的(de)拉(la)(la)力為

F1=m0g+f，

液膜(mo)被(bei)拉脫后拉力為(wei)

F2=m0g，

故表面張(zhang)力(li)系(xi)數為

2、數據測量和處理

2.1硅壓(ya)力敏傳(chuan)感器定標

為(wei)(wei)(wei)了(le)減小(xiao)人為(wei)(wei)(wei)誤差，對于力(li)敏(min)傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)靈敏(min)度的(de)(de)測(ce)量(liang)采用(yong)先依(yi)(yi)次增(zeng)加砝(fa)碼片個(ge)數(shu)，測(ce)出相(xiang)應(ying)電(dian)壓用(yong)U+表示(shi)，再依(yi)(yi)次減小(xiao)砝(fa)碼片個(ge)數(shu),測(ce)出相(xiang)應(ying)電(dian)壓用(yong)U-表示(shi),然后再將(jiang)電(dian)壓取平均值。測(ce)量(liang)數(shu)據如(ru)下,太原地區的(de)(de)重(zhong)力(li)加速(su)度為(wei)(wei)(wei)9.7970 m/s2。由圖1得傳(chuan)感(gan)器的(de)(de)靈敏(min)度為(wei)(wei)(wei)B=2.6792 V/N,線性(xing)相(xiang)關系(xi)數(shu)R2=0.9999。

2.2不同(tong)蔗糖溶液的表面張力系數測定

本(ben)實(shi)驗所(suo)用吊環外徑(jing)D1=3.496 cm,內(nei)徑(jing)D2=3.310 cm，調節上(shang)升(sheng)架，記錄(lu)環在即(ji)將拉(la)(la)斷(duan)液體時數(shu)(shu)字電壓(ya)表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)讀數(shu)(shu)為(wei)U1，拉(la)(la)斷(duan)時數(shu)(shu)字電壓(ya)表(biao)(biao)(biao)的(de)(de)讀數(shu)(shu)為(wei)U2。實(shi)驗所(suo)選樣品為(wei)白糖(tang)和紅糖(tang)，這兩種蔗(zhe)糖(tang)由于(yu)提(ti)取的(de)(de)工(gong)藝不(bu)同(tong)而呈現不(bu)同(tong)的(de)(de)顏色，但都屬于(yu)蔗(zhe)糖(tang)類，實(shi)驗中分(fen)別配(pei)置了從(cong)1%～8%的(de)(de)濃度(du)的(de)(de)白糖(tang)溶(rong)液和紅糖(tang)溶(rong)液，在20℃下(xia)分(fen)別測量(liang)其不(bu)同(tong)濃度(du)下(xia)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力系數(shu)(shu)，測量(liang)數(shu)(shu)據如表(biao)(biao)(biao)2和表(biao)(biao)(biao)3，做表(biao)(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力系數(shu)(shu)隨(sui)濃度(du)變化的(de)(de)圖(tu)如圖(tu)2，3。

由測量數(shu)據及圖(tu)像可看出(chu)，與純水的(de)(de)表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)（72.75×10-3N/m）相(xiang)比，當加(jia)(jia)了蔗糖后，其表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)均有所降(jiang)低。在同一濃度(du)(du)下，白(bai)糖溶液的(de)(de)表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)大(da)于紅糖溶液的(de)(de)表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)；對(dui)于白(bai)糖溶液，隨(sui)著(zhu)濃度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)，表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)先快速減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，在4%的(de)(de)濃度(du)(du)時(shi)表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)達到最小(xiao)(xiao)(xiao)，之后又有小(xiao)(xiao)(xiao)幅增(zeng)加(jia)(jia)；對(dui)于紅糖溶液，其表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)要低于白(bai)糖溶液，隨(sui)著(zhu)濃度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)，表(biao)面張(zhang)(zhang)(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)(xi)數(shu)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，只是在濃度(du)(du)較小(xiao)(xiao)(xiao)時(shi)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)快，濃度(du)(du)較大(da)時(shi)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)慢。

表2白糖溶液的表面張(zhang)力系(xi)數

圖2白(bai)糖(tang)溶液的表面張力系數

出現(xian)這(zhe)種現(xian)象的(de)原因與兩種蔗糖的(de)成(cheng)(cheng)分(fen)有(you)關，紅糖是將甘蔗切碎碾壓成(cheng)(cheng)汁液去除泥土、細菌、纖維等(deng)雜質，慢火熬制而成(cheng)(cheng)，其(qi)主(zhu)要成(cheng)(cheng)分(fen)蔗糖、維生素(su)、微量元素(su)及氨基酸等(deng)，白糖是紅糖經洗滌、離心、分(fen)蜜、脫光等(deng)幾道(dao)工(gong)序制成(cheng)(cheng)的(de)，其(qi)主(zhu)要成(cheng)(cheng)分(fen)是碳水化(hua)合物(wu)和(he)鈣，由(you)于兩種糖類的(de)成(cheng)(cheng)分(fen)不同(tong)，使(shi)得他們的(de)表面張(zhang)力系數不同(tong)。

表3紅糖溶液的表面張力系數(shu)

圖3紅糖(tang)溶液的表面(mian)張力系數

3、結論

不(bu)(bu)同(tong)(tong)種(zhong)類的(de)(de)(de)(de)(de)雜(za)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)是不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)，摻入同(tong)(tong)類雜(za)質(zhi)如蔗糖(tang)，由于不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)制作工(gong)藝，得到不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)蔗糖(tang)如紅糖(tang)和白(bai)糖(tang)，其成分(fen)有差(cha)別，這(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)別也(ye)會導致(zhi)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)蔗糖(tang)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，蔗糖(tang)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)比(bi)純水的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)小，同(tong)(tong)一濃度下，白(bai)糖(tang)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)大于紅糖(tang)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)，而且(qie)隨(sui)著濃度的(de)(de)(de)(de)(de)增加，兩種(zhong)溶(rong)(rong)液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)表面張力(li)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)變化趨勢也(ye)不(bu)(bu)盡同(tong)(tong)。