【液體表面張力動態(tài)測量實驗儀】

　　功能/作用介紹

　　簡介

　　液體表面張力系數(shù)測量是大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容之一，但目前使用的實驗方法和手段均基于靜態(tài)法原理設(shè)計，如毛細(xì)管上升法、拉脫法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法等?；凇皻馀莘l當(dāng)量法” 原理設(shè)計的動態(tài)液體表面張力測量實驗裝置及實驗方法，將現(xiàn)代測量技術(shù)與大學(xué)物理實驗教學(xué)緊密結(jié)合，提高了教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

　　液體表面張力動態(tài)測量實驗儀是一種應(yīng)用于大學(xué)物理實驗教學(xué)上，面向?qū)W生使用的操作性強(qiáng)、可靠性高、重復(fù)性好，物理量顯示簡潔并可根據(jù)實驗原理進(jìn)行不同實驗內(nèi)容測量的實驗裝置。

　　液體表面張力動態(tài)測量實驗儀分成三個部分：主機(jī)平臺、測量室、升降機(jī)構(gòu)。

　　主機(jī)平臺主要包括有：儀器面板，加熱墊。儀器面板上有：溫度顯示、計時器、氣泡瞬時壓強(qiáng)顯示、測量控制按鈕及數(shù)據(jù)采集器和USB電纜線插孔。加熱墊上放置裝有待測液體的燒杯。

　　測量室主要包括有：微型氣泵，可調(diào)氣體流量計，微差壓傳感器，測量探頭。測量探頭由一根正壓毛細(xì)管、一根負(fù)壓毛細(xì)管和溫度計組成。

　　升降機(jī)構(gòu)主要包括有：齒輪軌道，手輪，和標(biāo)尺。齒輪軌道固定在主機(jī)平臺上，測量室可隨手輪上下移動。

　　液體表面張力動態(tài)測量原理及方法為：

　　將毛細(xì)管插入液體中，該毛細(xì)管另一頭接一個三通，三通一路接氣流量可調(diào)的氣源，可向液體吹氣，每秒鐘吹若干個氣泡。三通另一路接傳感器的正壓端，傳感器的負(fù)壓另接一根毛細(xì)管直接插入液體。微差壓傳感器即可檢測氣泡不斷形成、長大和破滅過程中氣泡內(nèi)壓強(qiáng)變化，可獲得1條等幅振蕩曲線,即為實驗獲得的氣泡內(nèi)壓強(qiáng)變化與時間關(guān)系曲線。曲線的最低點b和最高點c,兩點分別對應(yīng)氣泡即將脫離管口和氣泡曲率半徑最小，即氣泡壓強(qiáng)最小和最大的兩種狀態(tài)。該曲線的縱坐標(biāo)為氣泡內(nèi)壓強(qiáng)值，橫坐標(biāo)為時間，表示氣泡形成的速度。由于氣泡的壓強(qiáng)差和氣泡形成速度與液體表面張力系數(shù)密切相關(guān)，因此，可以根據(jù)曲線的振幅和頻率求解出一個與真實表面張力系數(shù)相當(dāng)?shù)臄?shù)值，稱之為當(dāng)量表面張力系數(shù)。由于該方法是以一定時間內(nèi)所形成的氣泡壓強(qiáng)幅值和頻率為測量參數(shù)來求解當(dāng)量表面張力系數(shù)，故稱為“氣泡幅頻當(dāng)量法 ”。

　　實驗可以得出，在氣流量不變的條件下，毛細(xì)管插入越深，測得的壓強(qiáng)差越小，而氣泡生成的周期越大，反之亦然。因此毛細(xì)管入深度所帶來的影響是互補(bǔ)的。如果實驗測量時保持毛細(xì)管的插入深度不變，即可消除其對表面張力計算產(chǎn)生的影響。溫度對液體表面張力有不同程度的影響，在測定表面張力的同時，必須給出溫度參數(shù)。

　　液體表面張力動態(tài)測量實驗儀采用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，包括了傳感器，信號處理，計算機(jī)組成的現(xiàn)代測量技術(shù)的許多基礎(chǔ)知識以及用計算機(jī)處理實驗數(shù)據(jù)的一些基本方法。

　　液體表面張力動態(tài)測量實驗儀采用上述實驗原理和技術(shù)方法。該實驗儀在實驗教學(xué)中可開展的實驗內(nèi)容豐富，例如，探索和研究毛細(xì)管插入液面深度對氣泡內(nèi)壓差 和氣泡生成周期 的關(guān)系;建立表面張力系數(shù)氣泡幅頻當(dāng)量法數(shù)學(xué)模型公式;研究不同物質(zhì)水溶液的表面張力系數(shù)與溫度的變化關(guān)系并與水進(jìn)行比較;研究不同物質(zhì)水溶液濃度的變化與表面張力系數(shù)的關(guān)系等，緊密結(jié)合了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，可拓展學(xué)生的知識面，提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量。

　　作品名稱：液體表面張力動態(tài)測量實驗儀

　　完成單位：浙江大學(xué)物理實驗教學(xué)中心