亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        用力敏傳感器測液體表面張力系數(shù)實驗的再認識

        2012-10-26 01:18:40程陽
        衛(wèi)生職業(yè)教育 2012年16期
        關(guān)鍵詞:吊環(huán)水膜表面張力

        程陽

        (徐州醫(yī)學(xué)院數(shù)理教研室,江蘇 徐州 221004)

        用力敏傳感器測液體表面張力系數(shù)實驗的再認識

        程陽

        (徐州醫(yī)學(xué)院數(shù)理教研室,江蘇 徐州 221004)

        針對用硅壓阻力敏傳感器測量液體表面張力系數(shù)實驗,結(jié)合實驗數(shù)據(jù)繪圖,詳細分析測量過程中作用在傳感器上力的性質(zhì),從而解決實驗中學(xué)生容易混淆的問題,并給出用Excel處理數(shù)據(jù)的簡便方法。

        力敏感器;表面張力系數(shù);拉脫法

        液體表面張力存在于極薄的液體表面層內(nèi),是沿著表面趨縮的應(yīng)力。從微觀上看,表面張力是一種特殊的力,是液體表面薄層內(nèi)分子間的相互作用,不同于液體內(nèi)部分子間的相互作用,可使液體表面層具有一種特殊性質(zhì);在宏觀上表現(xiàn)出液體表面具有收縮的趨勢,整個液面就會處在一種張緊的狀態(tài),即出現(xiàn)與液體表面共面且相切的表面張力。簡單地說,液體表面張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力。液體表面張力系數(shù)是表征液體性質(zhì)的常數(shù),在醫(yī)學(xué)、物理化學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用,因此有必要對表面張力系數(shù)進行精確測量[1~2]。拉脫法是測量表面張力系數(shù)常用的方法,但由于表面張力非常小,實驗成功的關(guān)鍵是怎樣精確測量微小的力。傳統(tǒng)的焦力氏秤由于其測量精度不高且穩(wěn)定性較差已逐漸被淘汰,隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,傳感器越來越多地應(yīng)用于物理實驗中,如實驗中,我們采用硅壓阻力敏傳感器結(jié)合拉脫法對液體表面張力系數(shù)進行測定?,F(xiàn)針對實驗操作過程中學(xué)生經(jīng)常會混淆的問題以及實驗數(shù)據(jù)的處理做詳細討論。

        1 用力敏傳感器測液體表面張力系數(shù)的原理

        1.1 傳感器定標

        本實驗采用了高精度的硅壓阻力敏傳感器進行測量,該傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后,電阻率發(fā)生變化,通過測量電阻就可得到正比于力變化的電壓信號輸出。硅壓阻力敏傳感器可以用于壓力、拉力、壓力差和可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱Φ钠渌锢砹康臏y量。實驗裝置[3]見圖1。施加在傳感器上的力以電壓信號的形式表現(xiàn)出來。

        力敏傳感器的力信號和電信號之間具有簡單的線性關(guān)系:U=Bf+Uo,f為施加在傳感器上的力,U為與力對應(yīng)的電壓值,B體現(xiàn)了力敏傳感器的靈敏度。本實驗第一步需要先對傳感器定標,也就是確定其靈敏度B,通過在傳感器上加上各種砝碼,測出相應(yīng)電壓輸出值,利用最小二乘法擬合計算。實驗測得數(shù)據(jù)見表1。

        表1 力敏傳感器定標數(shù)據(jù)

        打開一個Excel工作表,將U輸入到工作區(qū)A1:A6,G環(huán)輸入到工作區(qū)C1:C6,應(yīng)用Excel中的函數(shù),在工作區(qū)的某一空白單元格中輸入函數(shù):“=LINEST(A1∶A6,C1∶C6,FALSE)”,可求得斜率B=3.08 V/N,即傳感器的靈敏度。輸入函數(shù):“=CORREL(A1∶A6,C1∶C6)”,可算得相關(guān)系數(shù)為0.999995。

        1.2 表面張力的確定

        對表面張力系數(shù)的計算,需要先確定表面張力,再利用表面張力和表面張力系數(shù)的關(guān)系進行計算,而表面張力的確定是本實驗的一個難點。實驗開始時先將清潔后的鋁合金吊環(huán)水平地放入待測液體中,浸潤后再將它水平緩慢地提起,在吊環(huán)下面就會有液膜跟著被提起,操作過程中,通過升降臺實現(xiàn)順時針旋轉(zhuǎn)液面上升,浸潤吊環(huán)后,改為逆時針旋轉(zhuǎn),液面下降,此過程要非常緩慢地進行。實驗原理簡圖見圖2。

        如圖2所示,吊環(huán)從水中脫離時,會從水中帶出一個水的薄膜,水的表面張力可用f表=πα(D1+D2)(D1、D2為吊環(huán)的內(nèi)外直徑)計算,通過測定表面張力,繼而代入公式計算水的表面張力系數(shù)。因為我們使用的是力敏傳感器,對力的測定直觀地表現(xiàn)為電壓信號的輸出,所以該實驗的關(guān)鍵是明確不同電壓對應(yīng)的力的性質(zhì)。

        通過測量整個拉脫過程電壓數(shù)值的變化,可以得到拉脫過程的規(guī)律曲線圖。具體見圖3。

        對于圖3的解釋,有的教材[3]認為:(1)在拉脫的最初階段,水膜剛剛形成,豎直高度很小,水膜中所包含的水的質(zhì)量比較少,G水很小,因此,輸出的電信號很小;(2)在拉脫進行過程中,水膜逐漸增高,水膜中所包含的水的質(zhì)量也越來越大,因此G水增加,導(dǎo)致電信號增加;(3)拉脫過程繼續(xù)進行,因而水膜高度持續(xù)增加,當(dāng)水膜高度超越一定值以后,水膜會越來越薄、越來越脆弱(直至斷裂),水膜中的水會部分回流至水面,導(dǎo)致G水減少,電信號減少;(4)在水膜斷裂前的瞬間,水膜已經(jīng)相當(dāng)脆弱,G水非常小,水膜斷裂時,G水和電信號都急劇減少至零。這里并沒有考慮浮力的影響。

        對于該問題的分析,首先應(yīng)該明確與數(shù)字電壓表顯示的讀數(shù)相對應(yīng)的施加在傳感器掛鉤上的力是哪些力,我們認為:吊環(huán)浸沒之初,掛鉤上的力F=G環(huán)-F??;隨著緩慢拉伸吊環(huán)離開水面形成水膜,吊環(huán)受到的浮力在減小,至其離開水面的時候變?yōu)榱?,期間形成水膜對應(yīng)的重力在增加并且與吊環(huán)接觸部分有表面張力,所以吊環(huán)受到向下的拉力變大,對應(yīng)電壓增加,和Umax對應(yīng)的F=G環(huán)+G水+f表;之后由于拉脫繼續(xù)進行,水膜變得越來越薄,水膜包含水的質(zhì)量在變小。

        通過研究整個拉脫過程中電壓的變化,我們知道,為了求表面張力,需要測量的電信號是U1,然后再減去環(huán)的重力和水的重力所對應(yīng)的電壓(該步驟通過調(diào)零實現(xiàn)),具體的操作為:拉出水膜至其斷裂,將此時電壓表讀數(shù)調(diào)零(該讀數(shù)對應(yīng)吊環(huán)重力和水的重力),重復(fù)拉出水膜操作,緩慢拉伸至拉破,讀出水膜破裂瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù),此即為水的表面張力對應(yīng)的電壓值。這樣就可以計算得到表面張力f表并在此基礎(chǔ)上計算得到液體的表面張力系數(shù)。

        實驗中,如果操作過快,隨著拉力的急速增加,可能會在尚未達到臨脫狀態(tài)前液膜提前破裂,這樣會導(dǎo)致測量值偏小。造成液膜提前破裂的因素還有:操作臺晃動引起液面振動,吊環(huán)凈化處理不好,吊環(huán)傾斜導(dǎo)致液體浸潤不充分,外界環(huán)境變化(如空氣流動)等。此外,硅壓阻力敏傳感器通電時間過長,會導(dǎo)致拉力值越測越小。為避免由此產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,實驗前應(yīng)對吊環(huán)做凈化處理,操作時動作要平穩(wěn)、連續(xù)并減少振動。

        2 結(jié)語

        用硅壓阻力敏傳感器測得的液體表面張力系數(shù)與理論值非常接近,精確度較高,且測量過程穩(wěn)定,有利于實際應(yīng)用。我們針對實驗中學(xué)生容易混淆的對不同時刻力的理解問題做了詳細討論,并給出了用Excel對傳感器定標數(shù)據(jù)的簡便處理,在實際教學(xué)中有重要意義。

        [1]冷雪松,王畫華,王開明.基于力敏傳感器測量的液體表面張力系數(shù)[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報,2008,31(5):466-469.

        [2]胡亞范,姚愛巧.用力敏傳感器測量液體表面張力系數(shù)[J].物理與工程,2005(6):38-40.

        [3]王阿明.物理實驗[M].上海:第二軍醫(yī)大學(xué)出版社,2008.

        G424.31

        B

        1671-1246(2012)16-0092-02

        猜你喜歡
        吊環(huán)水膜表面張力
        巧測水膜張力
        少兒科技(2022年4期)2022-04-14 23:48:10
        翻身吊裝設(shè)計中的吊環(huán)載荷分析
        船海工程(2018年5期)2018-11-01 09:14:48
        水上吊環(huán)
        濕滑跑道飛機著陸輪胎-水膜-道面相互作用
        神奇的表面張力
        小布老虎(2016年4期)2016-12-01 05:46:08
        MgO-B2O3-SiO2三元體系熔渣表面張力計算
        上海金屬(2016年2期)2016-11-23 05:34:45
        20鋼吊環(huán)螺釘斷裂分析
        大型鑄鍛件(2016年4期)2016-08-16 10:31:19
        非能動核電站安全殼外壁下降水膜的穩(wěn)定性分析
        CaF2-CaO-Al2O3-MgO-SiO2渣系表面張力計算模型
        上海金屬(2014年3期)2014-12-19 13:09:06
        CaO-A12O3-TiO2熔渣表面張力計算模型
        上海金屬(2014年2期)2014-12-18 06:52:45
        后入内射欧美99二区视频| 蜜臀av一区二区三区免费观看| 日韩有码中文字幕第一页| 国产亚洲精品成人av在线| 亚洲av高清一区三区三区| 日韩麻豆视频在线观看| 国产毛片av最新视频| 国产人妻精品无码av在线| 国产精品二区在线观看| 亚洲中文字幕有码av| 在线观看亚洲av每日更新影片| 中文字幕人妻少妇引诱隔壁| 福利网址在线观看| 我和丰满老女人性销魂| 日韩精品视频免费网站| 无码无套少妇毛多18p| 在线观看热码亚洲av每日更新| 成人欧美一区二区三区白人| 国产高清丝袜美腿视频在线观看| 视频一区二区免费在线观看| 97超碰国产成人在线| 最爽无遮挡行房视频| 国产精品片211在线观看| 天堂av在线播放观看| 黄片大全视频在线播放| 日本熟妇色xxxxx欧美老妇| 女同中的p是什么意思| 国产亚洲3p一区二区| 亚洲午夜久久久久久久久久| 亚洲av成本人无码网站| 亚洲二区三区在线播放| 国产美女主播视频一二三区 | 完整在线视频免费黄片| 国产亚洲成人精品久久久| 成l人在线观看线路1| 亚洲精品国产一二三无码AV| 国产一区二区三区探花| 又色又爽又黄的视频软件app | 少妇被躁到高潮和人狍大战| 国模冰莲自慰肥美胞极品人体图 | 色综合久久久久久久久久|