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一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置。它是采用一個一端封閉的玻璃圓筒，筒內(nèi)設(shè)置半導(dǎo)體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器，玻璃圓筒與超聲波電機相連。底座上設(shè)置支架，上面安裝力敏傳感器，與吊環(huán)相連。實驗時設(shè)定待測液體的溫度，控制超聲波電機帶動玻璃圓筒運動，使吊環(huán)浸入液體，然后慢慢脫離液體，記錄測量過程中力敏傳感器所受力的最大值，即吊環(huán)受到的液體表面張力，根據(jù)公式即可計算出設(shè)定溫度下待測液體的表面張力系數(shù)。本發(fā)明可以測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)，通過超聲波電機帶動盛待測液體的容器升降，通過測量控制器自動記錄并顯示所測的表面張力，操作過程簡單方便。
【專利說明】一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種物理實驗裝置，具體是涉及一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]液體分子之間存在相互作用力，稱為分子力。液體內(nèi)部每一個分子周圍都被同類的其他分子包圍，它受到周圍分子的作用，合力為零。而液體的表面層(其厚度等于分子的作用半徑，約10_8cm左右)內(nèi)的分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子相比缺少了一半和它吸引的分子。由于液體上的氣相層的分子數(shù)很少，表面層內(nèi)每一個分子受到向上的引力比向下的引力小，合力不為零，出現(xiàn)一個指向液體內(nèi)部的吸引力，所以液面具有收縮的趨勢。這種液體表面的張力作用，被稱為表面張力。表面張力f是存在于液體表面上任意一條分界線兩側(cè)間的液體的相互作用力，其方向沿液體表面，且恒與分界線垂直，大小與分界線的長度L成正比，即f = aL，式中α稱為液體的表面張力系數(shù)，單位為N ^nT1,在數(shù)值上等于單位長度上的表面張力。
[0003]表面張力是 液體表面的重要力學(xué)性質(zhì)，對表面張力的研究可以為分析分子的分布及表面結(jié)構(gòu)提供有用的線索。例如，不同種類的液體，其表面張力系數(shù)不一樣，這說明不同液體的分子結(jié)構(gòu)和分子之間的相互作用力不一樣，力的性質(zhì)也不一定完全相同；對于同一種液體，溫度越高，表面張力系數(shù)越小，說明溫度的升高引起表面分子的密度和相互作用力的變化。液體中所含雜質(zhì)越多，則表面張力系數(shù)越小，說明雜質(zhì)的摻入改變液體分子的分布和結(jié)構(gòu)。在工業(yè)技術(shù)上，如浮選技術(shù)和液體輸送技術(shù)等方面，都要對液體的表面張力進行研究。
[0004]液體表面張力系數(shù)的測定是大學(xué)物理實驗中一個常見的實驗項目。測定液體表面張力系數(shù)的方法很多，常用的有拉脫法、毛細管升高法、液滴測重法等，大學(xué)物理實驗中一般采用拉脫法，因為這種方法簡單方便。表面張力系數(shù)的值一般很小，測量微小力必須用特殊的儀器，以前多采用焦利秤，操作比較麻煩，隨著技術(shù)的進步，現(xiàn)在大多采用的測力計是力敏傳感器。通常采用的方法是將內(nèi)徑為D1，外徑為D2的金屬圓環(huán)懸掛在測力計上，然后把它豎直地浸入水中，當(dāng)緩慢地向上拉起金屬環(huán)時，環(huán)上就會附著一層與液體相連的水膜。由于表面張力的作用，測力計的拉力逐漸達到最大值F，超過此值，水膜即破裂，則F就是金屬圓環(huán)所受重力G與水柱拉引金屬圓環(huán)的表面張力f之和，即F = G+f。由于水膜有內(nèi)外兩個表面，且兩液面的直徑與金屬圓環(huán)的內(nèi)外徑相同，故f = a Ji (DJD2)，則表面張力系數(shù)為
α =0狽# f，棚么、尤就胃抓十麵夜側(cè)麵弓長力狐
+ D2)
[0005]目前測量液體表面張力系數(shù)的實驗裝置主要存在以下不足:
[0006]其一，沒有采取隔離措施，易受外界環(huán)境氣流干擾。
[0007]其二，采取旋轉(zhuǎn)旋鈕的方法使盛待測液體的容器升降，同時觀察記錄金屬圓環(huán)受到表面張力的最大值，操作繁瑣，并且容易誤讀。[0008]其三，力敏傳感器輸出為電壓值，還要測定其靈敏度，然后換算成力，比較麻煩。
[0009]其四，一般只能測室溫下液體的表面張力系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置，該裝置既可以測量高于室溫又可以測量低于室溫某一溫度下液體表面張力系數(shù)。采用透明玻璃罩進行隔離，可以防止外界氣流干擾。通過超聲波電機使盛待測液體的容器升降，通過測量控制器將力敏傳感器輸出的電壓值轉(zhuǎn)換為所測力的數(shù)值，自動記錄并顯示測量過程中力敏傳感器所測力的最大值，操作過程簡單方便。
[0011]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在底座上安置一透明玻璃罩，防止外界氣流干擾，底座上設(shè)置水平儀，通過底腳螺釘可以將實驗裝置調(diào)節(jié)水平。玻璃罩內(nèi)設(shè)置一個一端封閉的玻璃圓筒，筒壁采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果。待測液體注入玻璃圓筒內(nèi)，高度合適，在玻璃圓筒內(nèi)液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置，用來冷卻待測液體，靠下部分設(shè)置一加熱裝置，用來加熱待測液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器，用來測量待測液體的溫度，半導(dǎo)體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過接口與溫度控制器相連接，通過溫度控制器上的按鍵可以設(shè)定待測液體的溫度。通過溫度控制器上的按鍵設(shè)定待測液體的溫度，利用溫度傳感器測量待測液體的實際溫度，溫度控制器內(nèi)部由微處理器進行控制，如果設(shè)定溫度低于實際溫度，則啟動半導(dǎo)體制冷裝置，冷卻待測液體，直到溫度降低到設(shè)定值；如果設(shè)定溫度高于實際溫度，則啟動加熱裝置，加熱待測液體，直到溫度增加到設(shè)定值。玻璃圓筒與超聲波電機相連，可以在電機的帶動下上下移動，超聲波電機通過接口與超聲波電機驅(qū)動器相連，超聲波電機驅(qū)動器通過接口與測量控制器相連，通過測量控制器可以設(shè)定電機的運動方向及運動速度。底座上設(shè)置一個支架，上面安裝力敏傳感器，與吊環(huán)相連，用來測量吊環(huán)所受到的液體表面張力，力敏傳感器通過接口與測量控制器相連，通過顯示屏可以顯示力敏傳感器所測力的數(shù)值，記錄并顯示測量過程中的最大值。實驗時通過溫度控制器上的按鍵設(shè)定待測液體的溫度，接下來通過測量控制器控制超聲波電機，先帶動玻璃圓筒向上運動，使吊環(huán)浸入待測液體中，然后帶動玻璃圓筒向下緩慢運動，使吊環(huán)慢慢脫離待測液體，拉起一層水膜，并最終破裂，通過測量控制器記錄測量過程中力敏傳感器所受力的最大值，即為吊環(huán)受到的液體表面張力，代入公式即可計算出設(shè)定溫度下待測液體的表面張力系數(shù)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，該裝置可以測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)，可以防止外界氣流干擾。通過超聲波電機帶動盛待測液體的容器升降，通過測量控制器自動記錄并顯示測量過程中力敏傳感器所測力的最大值，即表面張力，操作過程簡單方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0014]附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中1.透明玻璃罩，2.底座，3.超聲波電機，4.玻璃圓筒與超聲波電機之間的連接裝置，5.玻璃圓筒，6.加熱裝置，7.溫度傳感器，8.半導(dǎo)體制冷裝置，9.支架，10.力敏傳感器，11.吊環(huán)，12.水平儀，13、14.底腳螺釘，15.半導(dǎo)體制冷裝置與溫度控制器之間的接口，16.加熱裝置與溫度控制器之間的接口，17.溫度傳感器與溫度控制器之間的接口，18.超聲波電機驅(qū)動器，19.超聲波電機與超聲波電機驅(qū)動器之間的接口，20、21.超聲波電機驅(qū)動器與測量控制器之間的接口，22.力敏傳感器與測量控制器之間的接口，23.溫度控制器，24.指示燈，25.復(fù)位按鍵，26.溫度設(shè)定按鍵，27.溫度顯示屏，28.上調(diào)按鍵，29.數(shù)字選擇按鍵，30.下調(diào)按鍵，31.超聲波電機向下運動控制按鍵，32.超聲波電機向上運動控制按鍵，33.超聲波電機啟動停止控制按鍵，34.超聲波電機速度調(diào)節(jié)旋鈕，35.測量控制器，36.力敏傳感器測量顯示屏，37.調(diào)零旋鈕，38.測量啟動按鍵。
【具體實施方式】
[0016]附圖中，在底座2上安置一個透明玻璃罩1，防止外界氣流干擾，底座上設(shè)置水平儀12，通過底腳螺釘13、14可以將實驗裝置調(diào)節(jié)水平。透明玻璃罩I內(nèi)設(shè)置一個一端封閉的玻璃圓筒5，筒壁采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果。待測液體注入玻璃圓筒5內(nèi)，高度合適，在玻璃圓筒5內(nèi)液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置8，用來冷卻待測液體，靠下部分設(shè)置一加熱裝置6，用來加熱待測液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器7，用來測量待測液體的溫度，半導(dǎo)體制冷裝置8、加熱裝置6及溫度傳感器7分別通過半導(dǎo)體制冷裝置與溫度控制器之間的接口 15、加熱裝置與溫度控制器之間的接口 16及溫度傳感器與溫度控制器之間的接口 17與溫度控制器23相連接，通過溫度控制器23上的溫度設(shè)定按鍵26，數(shù)字選擇按鍵29，上調(diào)按鍵28，下調(diào)按鍵30，可以設(shè)定待測液體的溫度，并可在溫度顯示屏27上顯示出來。指示燈24用來指示待測液體溫度是否達到設(shè)定溫度，待測液體溫度不等于設(shè)定溫度，指示燈24顯示為紅燈，待測液體溫度達到設(shè)定溫度，指示燈24顯示為綠燈。玻璃圓筒5通過玻璃圓筒與超聲波電機之間的連接裝置4與超聲波電機3相連，可以在電機的帶動下上下移動，超聲波電機5通過超聲波電機與超聲波電機驅(qū)動器之間的接口 19與超聲波電機驅(qū)動器18相連，超聲波電機驅(qū)動器18通過超聲波電機驅(qū)動器與測量控制器之間的接口 20、21與測量控制器35相連，通過測量控制器35上的超聲波電機向下運動控制按鍵31及超聲波電機向上運動控制按鍵32可以控制電機向下或向上運動，通過超聲波電機啟動停止控制按鍵33可以控制電機的啟動與停止，通過超聲波電機速度調(diào)節(jié)旋鈕34可以調(diào)節(jié)電機的運動速度。底座2上設(shè)置一個支架9，上面安裝力敏傳感器10，與吊環(huán)11相連，用來測量吊環(huán)11所受到的液體表面張力，力敏傳感器10通過力敏傳感器與測量控制器之間的接口 22與測量控制器35相連，通過力敏傳感器測量顯示屏36可以顯示力敏傳感器10所測力的數(shù)值，記錄并顯示測量過程中的最大值。
[0017]具體實驗操作步驟為:
[0018](I)調(diào)節(jié)底腳螺釘13、14，觀察水平儀12，將底座2調(diào)水平。
[0019](2)將待測液體注入玻璃圓筒5內(nèi)，高度合適。通過溫度控制器23上的溫度設(shè)定按鍵26，數(shù)字選擇按鍵29，上調(diào)按鍵28，下調(diào)按鍵30，設(shè)定待測液體的溫度。直到指示燈24由紅燈變?yōu)榫G燈，即待測液體溫度達到設(shè)定值。
[0020](3)將潔凈的吊環(huán)11掛在力敏傳感器10上，通過測量控制器35上的調(diào)零旋鈕37將力敏傳感器測量顯示屏36調(diào)零。
[0021](4)接下來通過測量控制器35上的超聲波電機速度調(diào)節(jié)旋鈕34將超聲波電機3的運動速度調(diào)節(jié)合適，然后通過測量控制器35上的超聲波電機向上運動控制按鍵32控制超聲波電機3，帶動玻璃圓筒5向上運動，使玻璃圓筒5中液面上升，使吊環(huán)11完全浸入待測液體中，再通過測量控制器35上的超聲波電機向下運動控制按鍵31控制超聲波電機3，帶動玻璃圓筒5向下緩慢運動，液面下降，使吊環(huán)11慢慢脫離待測液體，拉起一層水膜，并最終破裂，觀察吊環(huán)11浸入液體中及從液體中拉起時的物理現(xiàn)象。通過測量控制器記錄測量過程中力敏傳感器所受力的最大值，即為吊環(huán)受到的液體表面張力f。
[0022](5)測出吊環(huán)的內(nèi)徑D1及外徑D2,代入公式《 = - —即可計算出設(shè)定溫度下待測液體的表面張力系數(shù)。
[0023]以上對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行了闡述，但是本發(fā)明所介紹的實施例并沒有限制的意圖，在不背離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，本發(fā)明可有多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置，具體是在底座上安置一透明玻璃罩，玻璃罩內(nèi)設(shè)置一個一端封閉的玻璃圓筒，筒壁采用雙層結(jié)構(gòu)，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果，其特征是:在玻璃圓筒內(nèi)液體中靠上部分設(shè)置一半導(dǎo)體制冷裝置，用來冷卻待測液體，靠下部分設(shè)置一加熱裝置，用來加熱待測液體，中間部分設(shè)置一溫度傳感器，用來測量待測液體的溫度，半導(dǎo)體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過接口與溫度控制器相連接，通過溫度控制器上的按鍵可以設(shè)定待測液體的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置，其特征是:玻璃圓筒與超聲波電機相連，可以在電機的帶動下上下移動，超聲波電機通過接口與超聲波電機驅(qū)動器相連，超聲波電機驅(qū)動器通過接口與測量控制器相連，通過測量控制器可以設(shè)定電機的運動方向及運動速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量不同溫度下液體表面張力系數(shù)的實驗裝置，其特征是:底座上設(shè)置一個支架，上面安裝力敏傳感器，與吊環(huán)相連，用來測量吊環(huán)所受到的液體表面張力，力敏傳感器通過接口與測量控制器相連，通過顯示屏可以顯示力敏傳感器所測力的數(shù)值，記錄并顯示測量過程中的最大值。
【文檔編號】G01N13/02GK103983541SQ201410205661
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】田凱, 王照平, 劉申曉, 王博, 王寧 申請人:黃河科技學(xué)院