【液体表面张力动态测量实验仪】
功能/作用介绍
简介
液体表面张力系数测量是大学物理实验教学内容之一，但目前使用的实验方法和手段均基于静态法原理设计，如毛细管上升法、拉脱法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法等。基于“气泡幅频当量法” 原理设计的动态液体表面张力测量实验装置及实验方法，将现代测量技术与大学物理实验教学紧密结合，提高了教学水平和教学质量。
液体表面张力动态测量实验仪是一种应用于大学物理实验教学上，面向学生使用的操作性强、可靠性高、重复性好，物理量显示简洁并可根据实验原理进行不同实验内容测量的实验装置。
液体表面张力动态测量实验仪分成三个部分：主机平台、测量室、升降机构。
主机平台主要包括有：仪器面板，加热垫。仪器面板上有：温度显示、计时器、气泡瞬时压强显示、测量控制按钮及数据采集器和USB电缆线插孔。加热垫上放置装有待测液体的烧杯。
测量室主要包括有：微型气泵，可调气体流量计，微差压传感器，测量探头。测量探头由一根正压毛细管、一根负压毛细管和温度计组成。
升降机构主要包括有：齿轮轨道，手轮，和标尺。齿轮轨道固定在主机平台上，测量室可随手轮上下移动。
液体表面张力动态测量原理及方法为：
将毛细管插入液体中，该毛细管另一头接一个三通，三通一路接气流量可调的气源，可向液体吹气，每秒钟吹若干个气泡。三通另一路接传感器的正压端，传感器的负压另接一根毛细管直接插入液体。微差压传感器即可检测气泡不断形成、长大和破灭过程中气泡内压强变化，可获得1条等幅振荡曲线,即为实验获得的气泡内压强变化与时间关系曲线。曲线的最低点b和最高点c,两点分别对应气泡即将脱离管口和气泡曲率半径最小，即气泡压强最小和最大的两种状态。该曲线的纵坐标为气泡内压强值，横坐标为时间，表示气泡形成的速度。由于气泡的压强差和气泡形成速度与液体表面张力系数密切相关，因此，可以根据曲线的振幅和频率求解出一个与真实表面张力系数相当的数值，称之为当量表面张力系数。由于该方法是以一定时间内所形成的气泡压强幅值和频率为测量参数来求解当量表面张力系数，故称为“气泡幅频当量法 ”。
实验可以得出，在气流量不变的条件下，毛细管插入越深，测得的压强差越小，而气泡生成的周期越大，反之亦然。因此毛细管入深度所带来的影响是互补的。如果实验测量时保持毛细管的插入深度不变，即可消除其对表面张力计算产生的影响。温度对液体表面张力有不同程度的影响，在测定表面张力的同时，必须给出温度参数。
液体表面张力动态测量实验仪采用计算机进行数据采集和处理，包括了传感器，信号处理，计算机组成的现代测量技术的许多基础知识以及用计算机处理实验数据的一些基本方法。
液体表面张力动态测量实验仪采用上述实验原理和技术方法。该实验仪在实验教学中可开展的实验内容丰富，例如，探索和研究毛细管插入液面深度对气泡内压差 和气泡生成周期 的关系;建立表面张力系数气泡幅频当量法数学模型公式;研究不同物质水溶液的表面张力系数与温度的变化关系并与水进行比较;研究不同物质水溶液浓度的变化与表面张力系数的关系等，紧密结合了现代科学技术，可拓展学生的知识面，提高物理实验教学质量。
作品名称：液体表面张力动态测量实验仪
完成单位：浙江大学物理实验教学中心
