液(ye)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)總是處于一種繃緊的(de)(de)狀態(tai)，這(zhe)(zhe)是由于液(ye)面(mian)(mian)各(ge)部(bu)分之間(jian)存在(zai)著相(xiang)互(hu)拉緊的(de)(de)力(li)(li)，這(zhe)(zhe)種力(li)(li)就是表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)，表(biao)(biao)(biao)征表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)的(de)(de)一個(ge)重(zhong)要參數(shu)是表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)，它的(de)(de)大(da)(da)小(xiao)由液(ye)體(ti)的(de)(de)種類及溫度決定，不(bu)(bu)同(tong)溶質的(de)(de)溶液(ye)其表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)亦不(bu)(bu)盡相(xiang)同(tong)。測定液(ye)體(ti)的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)也是大(da)(da)學(xue)物理實驗中一個(ge)重(zhong)要的(de)(de)基本(ben)力(li)(li)學(xue)實驗，本(ben)文測定了不(bu)(bu)同(tong)蔗糖(tang)溶液(ye)在(zai)不(bu)(bu)同(tong)濃度下對(dui)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)(li)系(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)影響。

1、測量原理

測量表面(mian)張力系(xi)數(shu)的(de)方法(fa)(fa)有(you)拉(la)脫(tuo)(tuo)法(fa)(fa)、毛細管法(fa)(fa)、最大氣(qi)泡壓(ya)力法(fa)(fa)、光纖干涉法(fa)(fa)、激光衍射(she)法(fa)(fa)等，本實驗中采用拉(la)脫(tuo)(tuo)法(fa)(fa)。實驗儀(yi)器為(wei)FD-NST-1表面(mian)張力系(xi)數(shu)測定儀(yi),其拉(la)力與輸出電壓(ya)關系(xi)為(wei)F=U/B,B為(wei)傳感器靈(ling)敏度。

一個(ge)金屬(shu)環(huan)其內(nei)、外徑分別為D1和(he)D2，將其固(gu)定在硅壓(ya)阻力(li)敏傳感器上，并垂直(zhi)浸沒于液(ye)體中，通(tong)過旋轉螺絲(si)升降(jiang)平臺，降(jiang)低平臺時(shi)，圓環(huan)被漸漸拉起(qi)，金屬(shu)環(huan)和(he)液(ye)面之(zhi)間拉起(qi)環(huan)形(xing)液(ye)膜(mo)，忽(hu)略被拉起(qi)的液(ye)膜(mo)重力(li)，此時(shi)拉力(li)為

F1=m0g+fcosθ，

其(qi)中，m0為(wei)吊環質量,f為(wei)液體表(biao)(biao)面(mian)張力。f=π(D1+D2)α,α為(wei)表(biao)(biao)面(mian)張力系數,θ為(wei)表(biao)(biao)面(mian)張力與豎直方向(xiang)的夾角，稱為(wei)濕潤角。

當液膜即將被拉脫(tuo)時，θ≈0傳(chuan)感器受到的(de)拉力為

F1=m0g+f，

液(ye)膜被拉脫后拉力為

F2=m0g，

故表面(mian)張力系數(shu)為

2、數據測量和處理

2.1硅壓力敏傳感(gan)器定標

為(wei)了減小人(ren)為(wei)誤差(cha)，對于力敏傳感器的靈敏度(du)(du)的測(ce)量采用(yong)(yong)先(xian)依次(ci)增加砝碼(ma)片(pian)個(ge)數(shu)，測(ce)出相應電壓用(yong)(yong)U+表(biao)示，再依次(ci)減小砝碼(ma)片(pian)個(ge)數(shu),測(ce)出相應電壓用(yong)(yong)U-表(biao)示,然(ran)后再將電壓取平均值。測(ce)量數(shu)據(ju)如下,太原地(di)區的重力加速(su)度(du)(du)為(wei)9.7970 m/s2。由(you)圖1得傳感器的靈敏度(du)(du)為(wei)B=2.6792 V/N,線性相關系數(shu)R2=0.9999。

2.2不(bu)同蔗糖溶液的表面張力系數(shu)測定

本(ben)實驗(yan)(yan)所用吊(diao)環(huan)外徑D1=3.496 cm,內徑D2=3.310 cm，調(diao)節上升(sheng)架，記錄環(huan)在即將拉斷(duan)液體時(shi)數(shu)(shu)字(zi)(zi)電壓表(biao)(biao)的讀數(shu)(shu)為(wei)(wei)U1，拉斷(duan)時(shi)數(shu)(shu)字(zi)(zi)電壓表(biao)(biao)的讀數(shu)(shu)為(wei)(wei)U2。實驗(yan)(yan)所選樣品為(wei)(wei)白(bai)(bai)糖和紅(hong)糖，這兩種(zhong)蔗(zhe)糖由于(yu)提取(qu)的工藝不同(tong)而(er)呈現不同(tong)的顏色，但都屬于(yu)蔗(zhe)糖類，實驗(yan)(yan)中分(fen)別配置(zhi)了(le)從1%～8%的濃度的白(bai)(bai)糖溶(rong)液和紅(hong)糖溶(rong)液，在20℃下分(fen)別測量其(qi)不同(tong)濃度下的表(biao)(biao)面張力系數(shu)(shu)，測量數(shu)(shu)據如(ru)表(biao)(biao)2和表(biao)(biao)3，做表(biao)(biao)面張力系數(shu)(shu)隨濃度變(bian)化的圖如(ru)圖2，3。

由測量(liang)數(shu)(shu)據及圖像可看(kan)出(chu)，與純水(shui)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)（72.75×10-3N/m）相(xiang)比，當(dang)加(jia)了蔗(zhe)糖(tang)(tang)(tang)(tang)后(hou)，其表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)均有所(suo)降低。在同一(yi)濃度下，白(bai)糖(tang)(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)大于紅糖(tang)(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)；對于白(bai)糖(tang)(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)，隨著濃度的(de)增(zeng)加(jia)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)先快(kuai)速(su)減小(xiao)，在4%的(de)濃度時表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)達到(dao)最小(xiao)，之后(hou)又有小(xiao)幅增(zeng)加(jia)；對于紅糖(tang)(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)，其表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)要(yao)低于白(bai)糖(tang)(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)，隨著濃度的(de)增(zeng)加(jia)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)系數(shu)(shu)減小(xiao)，只(zhi)是在濃度較小(xiao)時減小(xiao)的(de)快(kuai)，濃度較大時減小(xiao)的(de)慢(man)。

表2白糖(tang)溶液的表面張(zhang)力系數

圖2白糖溶液的表面(mian)張力(li)系(xi)數

出現這(zhe)種(zhong)(zhong)現象的原因與兩種(zhong)(zhong)蔗糖的成(cheng)分(fen)有關，紅糖是將甘(gan)蔗切碎碾壓成(cheng)汁液去除泥(ni)土、細菌、纖維(wei)(wei)等雜質(zhi)，慢火熬制而成(cheng)，其主要成(cheng)分(fen)蔗糖、維(wei)(wei)生素(su)、微量元素(su)及氨基酸等，白(bai)糖是紅糖經洗滌、離心、分(fen)蜜、脫光(guang)等幾道工(gong)序(xu)制成(cheng)的，其主要成(cheng)分(fen)是碳水(shui)化合物和鈣，由于兩種(zhong)(zhong)糖類的成(cheng)分(fen)不同，使得他們的表面張(zhang)力系數不同。

表3紅糖(tang)溶液(ye)的表面張(zhang)力系(xi)數

圖(tu)3紅糖(tang)溶液的(de)表面張(zhang)力系數

3、結論

不同(tong)種類的(de)(de)(de)雜(za)(za)質的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)是不同(tong)的(de)(de)(de)，摻(chan)入(ru)同(tong)類雜(za)(za)質如(ru)蔗(zhe)(zhe)糖(tang)(tang)(tang)，由(you)于不同(tong)的(de)(de)(de)制作工藝(yi)，得到不同(tong)的(de)(de)(de)蔗(zhe)(zhe)糖(tang)(tang)(tang)如(ru)紅糖(tang)(tang)(tang)和白(bai)糖(tang)(tang)(tang)，其成分(fen)有差別，這(zhe)樣的(de)(de)(de)差別也會導致不同(tong)的(de)(de)(de)蔗(zhe)(zhe)糖(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)不同(tong)，蔗(zhe)(zhe)糖(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)比純水(shui)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)小，同(tong)一濃(nong)(nong)度(du)下(xia)，白(bai)糖(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)大于紅糖(tang)(tang)(tang)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)，而且隨著濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)(de)增加(jia)，兩種溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力系(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)變化趨勢也不盡同(tong)。