PDF《科别：物理科》

科别:物理科组别:高中组作品名称:张力融合 关键词: 表面张力 、 混合 编号:040112 学校名称: 嘉义县私立协同高级中学 作者姓名: 田怡婷、叶怡妙、吕绍暄、郑佩绫 指导老师: 张世欣

1 张力融合 探讨酒精与水混合后的表面张力变化

一、 摘要 表面张力的研究已经有相当的历史,并且对单一物质表面张力的产生机制也有完整的 解释与模型,但是关於两种不同的液体混合时表面张力的小变化是何种函数关系,一般书 上却不见讨论.

我们试著将高二物理教材中的表面张力扩展到这个主题上,研究水与酒精 不同混合比例所导致表面张力大小变化的关系,并且试著藉由将单一物质表面张力的理论 模型解释方式予以修改,看看是否能适用在两物质混合的现象中.在本实验中我们发现, 表面张力的变化与混合的比例并非线性关系.而我们所提出的修正模型也能和实验结果吻 合.

二、 研究动机 当我们读到物质科学下册

第九章的表面张力时,老师带我们做测量表面张力的实验,但 书上提到的只有单一液体的表面张力,因此我们非常好奇,如果两种不同液体混合之 后,表面张力将如何变化呢?

三、 研究目的 利用电流天秤测量水与乙醇混合的表面张力值,并提出模型予以解释.

四、 研究设备及器材 电流供应器、可变电阻、自制电流天秤、安培计、酒精、纯水、量杯、铁丝环

五、 研究方法 我们选择纯水(常温下表面张力大小为 73*10 -3 N/m) ,与酒精(常温下表面张力大小为 23*10 -3 N/m) ,作为混合的两种液体,因为水与酒精可以完全互溶,并且此两种分子都有 相同的 ODH 结构,分子间的引力有著相同的特性,藉由调配出不同的水与酒精的浓度 比,我们利用自制的电磁天平测量出不同浓度下的表面张力值,获得张力与浓度变化的 关系之后,藉由原子表面张力原子说明的传统模型,建构出一个简易而可行的新模型来 解释实验所测得的现象.

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六、 研究过程 1. 架设仪器:连接电流供应器、可变电阻、毫安培计和自制电流供应器,在自制电流 天平上悬挂周长 8cm 的金属环. 2. 调配出不同浓度的混合液,并将金属环予以接触该液面. 3. 调整可变电阻使电流渐增,至金属环脱离液面为止,并记录下电流值. 4. 将此一电流值对应的历经由公式"F=2πrT"换算成表面张力值.

七、 研究结果: 水的体积比值 酒精的体积比值 第一次测得的张力值

10 -3 N/m(1/5.2002) 第二次测得的张力值

10 -3 N/m(1/18.2002)

1 0 72.68 79.64 0.9525 0.0475 60.1 69.94 0.905 0.095 65.61 65.11 0.8575 0.1425 60.1 57.34 0.81 0.19 55.96 55.13 0.7625 0.2375 50.91 54.58 0.715 0.285 49.07 49.07 0.6675 0.3325 47.6 43.56 0.62 0.38 47.23 43.56 0.5725 0.4275 39.88 41.71 0.525 0.475 39.88 39.88 0.4775 0.5225 39.88 39.88 0.43 0.57 39.88 38.04 0.3825 0.6175 39.14 39.88 0.335 0.665 38.41 36.66 0.2875 0.7125 36.66 36.66 0.24 0.76 36.39 36.66 0.1925 0.8075 36.11 35.29 0.145 0.855 35.56 34.46 0.0975 0.9025 36.39 34.18 0.05 0.95 35.29 33.36

3 将上面所得的数枰曰娉鋈缦:

30 40

50 60

70 80

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1 水的体积/混合后总体积 张力(10-3 N/m)

八、 模型与理论: 一般而言,水分子由底部到水的表面所需截断的键结在单位面积上所获得的能量就是表 面张力.根樯系墓,单一液体表面张力可用方程式描述如下: T=K( A N L ) ( M NA ρ )