[发明专利]一种表面张力系数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理参数的测量，特别是液体的表面张力以及表面张力系数的测定。

背景技术

液体的表面由于原子的排列存在不完整，表现为具备收缩的特性，为描述这个特性，引入表面张力，表面张力与接触处的线度有关系，因此又引入表面张力系数，一个物件接触液体测量到的表面张力F与接触面的周长L的比值称为液体表面张力系数σ=F/L。

测量液体的表面张力系数有很多的方法，但是由于液体的表面张力比较小，测量的精度不是很高。

发明内容

为提高液体表面张力系数的测量精度，本发明采用倾斜毛细管使液面上升高度达到放大的目的。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种表面张力系数的测量方法，其特征是：一根玻璃管，两端开口，内径为d，玻璃管的侧面有两个刻度尺，两个刻度尺的刻度方向相互平行，两个刻度尺的零刻度都位于玻璃管一端的端面上，两个刻度尺的各自的零点的连线过玻璃管的圆心；一个支架，由相互垂直的横杆和竖杆组成，横杆的中轴线和竖杆的中轴线在一个平面内、横杆的中轴线和竖杆的中轴线垂直相交于O点；刻度尺有两种标线，一种标示方向，简称刻度线，一个标示数值大小，简称标度线，玻璃管倾斜固定在支架上，使其中一个刻度线位于斜下方、另外一个刻度线位于斜上方，也就是两个刻度尺的刻度线分别位于玻璃管的纵剖的上方轮廓线和下方轮廓线；玻璃管与横杆的固定点为X，固定点X到交点O的距离记为x，玻璃管与竖杆的固定点为Y，固定点Y到交点O的距离记为y；固定支架时横杆的轴线平行于水平面，竖杆的轴线垂直于水平面；将一个盛有液体的水杯的液面刚好接触玻璃管的下端的管口的上部，即液面刚好密封倾斜的管口，在表面张力的作用下，液体沿着玻璃管的内部管壁上升，当液体停止上升的时候，记录下两个刻度尺的刻度，记为h1和h2，则液体的表面张力为管内液体的重力在竖直方向的分量，大小为F=ρ*π*( d/2)²*(h1+h2)/2*g*y/(x²+y²)^0.5，其中，π为圆周率、ρ为液体的密度、g为重力加速度，表面张力系数为σ=F/(π*d)。

本发明的有益效果是：由于毛细管吸附的液体的重力在竖直方向的分力与表面张力平衡，因此能够通过倾斜毛细管，使液柱的高度大幅度放大，比如毛细管中心轴线与水平面的夹角为6度，sin(6)=0.10，则毛细管的液柱h_斜上升到大约竖直方向h_竖（h_斜* sin(6)=h_竖）的10倍，从而提高液柱的测量精度；本发明测量简单，操作方便，节约成本，提高精度。

附图说明

图1是玻璃管示意图；图2是玻璃管固定在支架上的示意图。

其中，1、玻璃管，2、竖杆，3、横杆。

具体实施方式

一种表面张力系数的测量方法，由玻璃管1和支架组成，支架由横杆3和竖杆2组成。玻璃管1的两端开口，玻璃管1内侧横截面为圆形，玻璃管1的内侧直径（内径）为d，玻璃管的外侧面有两个刻度尺，两个刻度尺的刻度方向相互平行，两个刻度尺的零刻度都位于玻璃管一端的端面上，两个刻度尺的各自的零点的连线过玻璃管的圆心；支架由相互垂直的横杆3和竖杆2组成，横杆3的中（心）轴线和竖杆2的中（心）轴线在一个平面内、横杆的中轴线和竖杆的中轴线的交点为O（在制作方法上，采用相同粗细的两根圆棒，其中一根圆棒截断，在截断处制作外螺纹，另外一根圆棒制作内螺纹，两根圆棒通过螺纹连接，加工精度要满足中轴线垂直相交的要求），玻璃管1倾斜固定在支架上（建议制作方法，玻璃管1表面有突出的部件，支架的横杆3和竖杆2有通孔，玻璃管1表面的突出部件穿过横杆3或者竖杆2的通孔，在通孔的另一侧固定玻璃管1的突出部件促使玻璃管稳定，可以采用玻璃管1的突出部件的末端有通孔、一端大一端小的插销穿过通孔固定玻璃管1），使零刻度所在的端面位于左侧下方，同时使一个刻度尺位于玻璃管口在竖直方向的下方、另一个位于竖直方向的上方（也就是两个刻度尺分别位于图2的左上方和有右下方的轮廓线上）；玻璃管与横杆的固定点为X，固定点X到交点O的距离记为x，玻璃管与竖杆的固定点为Y，固定点Y到交点O的距离记为y，该参数表征了玻璃管的倾斜度，其相对于横杆的夹角的正弦值为y/(x²+y²)^0.5；固定支架时横杆的轴线平行于水平面（通过水平仪来确认），竖杆的轴线垂直于水平面（通过端面的水平泡来确认），在制作时保证横杆3和竖杆2的相互垂直，则调节时只需要保证竖杆的竖直就能够达到目的；将一个盛有液体的水杯的液面刚好接触玻璃管的下端的管口的上部，即液面刚好密封倾斜的管口，在表面张力的作用下，液体沿着玻璃管的内部管壁上升，当液体停止上升的时候，记录下两个刻度尺的刻度，记为h1和h2（通过实验发现，在管径比较小的时候，h1和h2的差值很小，可以忽略，因此，两个刻度尺也可以简化为一个），则液体的表面张力为管内液体的重力【等于体积π*( d/2)²*(h1+h2)/2、密度ρ和重力加速度g的乘积ρ*π*( d/2)²*(h1+h2)/2*g】在竖直方向的分量，大小为F=ρ*π*( d/2)²*(h1+h2)/2*g*y/(x²+y²)^0.5，表面张力系数为σ=F/(π*d)。