CN203275244U - 一种拉脱法测量液体表面张力的装置 - Google Patents

Abstract

一种拉脱法测量液体表面张力的装置涉及物理参数的测量领域，特别是表面张力系数的测量。为避免表面张力测量时吊环不水平带来的误差，本实用新型设计一种拉脱法测量液体表面张力的装置。技术方案是：吊环是一个圆筒和一个球面连接在一起；液体盛放在一个圆环形水槽中，圆环形水槽的中间有一个孔洞；压力传感器的连杆的顶部有一个小球，连杆从孔洞的下方伸进孔洞，小球接触吊环的球面的顶部附近，圆环形水槽有水管和水管开关。有益效果是：球面与小球点接触，吊环底部的不水平，导致作用在吊环底部的表面张力不对称，表面张力以力臂的形式作用，将带动球面发生微小位移，促进吊环的圆筒的底部处于一个水平面。

Description

一种拉脱法测量液体表面张力的装置

技术领域

本发明涉及物理参数的测量领域，特别是液体表面张力系数的测量。

背景技术

在物理实验中，液体表面张力可以采用拉脱法进行测量，常用测量原理与专利“一种液体表面张力系数测定仪（申请号CN01254339.X）”相同，测量的原理是：一个线状或者面状的物件，一般采用线状的环形物件，简称吊环，吊环的下面接触液面，上面有牵引绳，牵引绳向上提升吊环，向上拉伸的力量由吊环的重力、粘附在吊环的液体的重力（这部分比较小）、表面张力三部分组成，向上拉升，表面张力与重力的方向相同，都是竖直向下的作用力，吊环底部高于液体水平面后，表面张力的作用显现出来，要促使吊环逐渐上升，向上拉伸的力量逐渐变大，在粘附吊环的液面断裂的前后拉力的变化量，就是表面张力；由于表面张力与接触面的周边长度有关，因此一般将表面张力除以吊环的周边长度，定义为表面张力系数，比如对于环状的物件，周边长度就是内侧周长和外侧周长之和，表面张力系数与温度、液体物质有关。

存在的问题是：如果吊环的下面不在一个水平面内，就会出现液面不同时断裂，导致液面从倾斜面的高点位置最先断裂，相邻位置紧跟着断裂，从而使测量的表面张力比真实值小，带来较大的实验误差。

吊环的水平调节，一般采用三根金属丝作为吊环悬挂线（在CN01254339.X中称为吊丝），通过弯曲金属丝、通过眼睛判断吊环的下面是否处于一个水平面，从理论上讲，三点决定一个平面的，存在调节的可能性，但事实上存在较大的个人经验误差；而且，调节困难，测量速度缓慢。

发明内容

为避免表面张力测量时吊环不水平带来的误差，本发明设计一种拉脱法测量液体表面张力的装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种拉脱法测量液体表面张力的装置，其特征是：吊环是一个圆筒和一个球面连接在一起；液体盛放在一个圆环形水槽中，圆环形水槽的中间有一个孔洞，吊环的圆筒的底部接触圆环形水槽的液面，吊环像一个锅盖盖住了圆环形水槽的孔洞；压力传感器的连杆的顶部有一个小球，连杆从孔洞的下方伸进孔洞，小球的顶部接触球面的顶部附近，打开圆环形水槽的水管开关，圆环形水槽的液体从水管的管口流出，液面下降，表面张力拉扯吊环，传递到球面作用于小球的力量增加，压力传感器显示的力的数值增加，在液面下降到某个位置，粘附在吊环的液体薄膜断裂，断裂前后的压力传感器显示的数值的差值，就是表面张力。吊环的圆筒和与圆筒连接的球面采用铝合金，圆筒的内径为10cm、外径为10.2cm、高1-2cm。圆环形水槽的孔洞的直径为5-8cm。

本发明的有益效果是：使用时，吊环圆筒连接的球面接触小球，吊环的圆筒的底部接触液面，由于小球与球面之间的摩擦小，吊环底部的不水平，导致作用在吊环底部的表面张力不对称，不对称的表面张力作用在吊环上，传导到小球与球面的接触点，接触点作为一个支点，表面张力以力臂的形式作用，将带动球面发生微小位移，促进吊环的圆筒的底部处于一个水平面；通过吊环底部的表面张力和顶部的点接触自动实现水平，降低实验仪器调节的难度，提高了实验的精度。     

附图说明

图1是拉脱法测量表面张力原理的示意图。图2是倾斜吊环示意图。图3是环形水槽示意图。图4是改进的吊环示意图。图5吊环与环形水槽的相互位置关系图。图6是压力传感器示意图。图7是压力传感器与吊环相互位置关系图。

其中，1、拉力，2、拉力传感器，3、挂钩，4、悬挂线，5、吊环，6、液面，7、倾斜吊环底部的高点， 11、圆环形水槽，12、液面，13、孔洞，14、水管开关，15、水管，16、球面，17、圆筒，21、小球，22、连杆，23、压力传感器。

具体实施方式

拉脱法测量表面张力的原理：测量表面张力的吊环5的底部边缘处于液面6之下，吊环5的上部边缘有三根悬挂线4，由于三点决定一个平面，因此可以调节三根悬挂线4，使吊环的底部边缘处于一个水平面内，为了能够调节悬挂线4，悬挂线4采用金属丝（在在CN01254339.X中称为吊丝），金属丝有一定的韧性，弯曲后可以保持其形状，悬挂线4悬挂在拉力传感器2的挂钩3上，通过向上的拉力1，向上拉升，吊环逐渐脱离液面，浮力减少，重力和表面张力增加，当吊环高于液体水平面后，向上增加的拉力主要用于克服逐渐增加的表面张力，拉力传感器2显示的拉力1的数值F增加，随着吊环越升越高，吊环上粘附的部分液体下滑到液面，粘附液体的重力减少导致拉力的数值F减少，减少到某一个数值F1，粘附在吊环的液面同时断裂，数值改变到F2，这两个数值的差值F1-F2为表面张力，表面张力与吊环的线度（内侧周长+外侧周长）之比，就是液体的表面张力系数。

测量原理存在的现实问题是：为了方便水平调节使用的金属悬挂线4，通过弯曲其中的某一根或者某两根实现调节吊环5的底部水平，水平是通过眼睛观察的，从理论上讲，眼睛看到的是宏观上的水平，微观上大多数是不水平的，而且还存在眼睛斜视带来的水平误差以及个人的经验误差；如果吊环5的底部不水平，粘附在吊环底部的液面将从倾斜面的距离液面最高的一点先断裂，即从倾斜吊环底部的高点7位置处最先断裂，此处断裂后，其它液面也跟着断裂，正如我们拉扯一块布，不易拉断，但如果在旁边开一个小口，这片块就会轻易拉断，这样导致测量的表面张力系数减少。虽然调节吊环的底部水平不准确，但是要满足眼睛观察好像是在一个水平面，也需要多次弯折连接吊环的三根金属丝悬挂线4，调节非常繁琐。

为了避免吊环5的底部边缘不处于一个水平面，本发明的吊环采用一个圆筒17和一个球面16连接在一起；液体盛放在一个圆环形水槽11中，圆环形水槽11的中间有一个孔洞13，吊环的圆筒17接触液面12，吊环像一个锅盖盖住了圆环形水槽的孔洞13，压力传感器23的连杆22的顶部有一个小球21，连杆22从孔洞13的下方伸进孔洞，小球21的顶部接触球面16的顶部附近，打开圆环形水槽11的水管开关14，圆环形水槽11的液体从水管15的管口流出，液面12下降，表面张力拉扯吊环，传递到球面16，作用于小球21的力量增加，压力传感器23显示的力的数值增加，在液面下降到某个位置，粘附在吊环的液体薄膜断裂，断裂前后的压力传感器23显示的力的差值，就是表面张力。表面张力与圆筒17内侧和外侧的周长之和的比值，就是液体的表面张力系数。

使用时，与吊环的圆筒17连接的球面16接触小球21，吊环的圆筒17的底部接触液面12，由于小球21与球面16之间的摩擦小，吊环底部的不水平，导致作用在吊环底部的表面张力不对称，不对称的表面张力作用在吊环上，传导到小球21与球面16的接触点，接触点作为一个支点，力臂的作用将带动球面发生微小位移，促进吊环的圆筒17的底部处于一个水平面。

Claims (3)

1.一种拉脱法测量液体表面张力的装置，其特征是：吊环是一个圆筒（17）和一个球面（16）连接在一起；液体盛放在一个圆环形水槽（11）中，圆环形水槽（11）的中间有一个孔洞（13），吊环的圆筒（17）的底部接触圆环形水槽（11）的液面（12），吊环像一个锅盖盖住了圆环形水槽的孔洞（13）；压力传感器（23）的连杆（22）的顶部有一个小球（21），连杆（22）从孔洞（13）的下方伸进孔洞（13），小球（21）的顶部接触球面（16）的顶部附近，打开圆环形水槽（11）的水管开关（14），圆环形水槽（11）的液体从水管（15）的管口流出，液面下降，表面张力拉扯吊环，传递到球面（16）作用于小球（21）的力量增加，压力传感器（23）显示的力的数值增加，在液面（12）下降到某个位置，粘附在吊环的液体薄膜断裂，断裂前后的压力传感器（23）显示的数值的差值，就是表面张力。

2.根据权利要求1所述的一种拉脱法测量液体表面张力的装置，其特征是：吊环的圆筒（17）和与圆筒（17）连接的球面（16）采用铝合金，圆筒（17）的内径为10cm、外径为10.2cm、高1-2cm。

3.根据权利要求1所述的一种拉脱法测量液体表面张力的装置，其特征是：圆环形水槽（11）的孔洞（13）的直径为5-8cm。

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