最大气泡法测定溶液表面张力数据处理系统
2016-05-30 09:16  

说明文档

一、开发背景

表面张力是液体的重要物理性质参数之一,表面张力的测定在研究表面现象中具有重要的意义《物理化学实验》是大学化学、化工类各专业的一门重要基础课程,“最大气泡法测定溶液表面张力”是一个基本的物理化学实验。它不仅提供了简便测定溶液附加压力、表面张力的技术,也验证了表面化学基础理论(拉普拉斯方程、吉布斯等温吸附方程、朗格缪尔吸附方程),使学生学会使用简单数学途径进行数据处理的方法,获得溶液表面吸附量、吸附分子横截面积等数据。

最大气泡法测定溶液表面张力数据处理的传统方法是手工图解法,工作量繁杂,且主观性较大,效率低,误差较大。该数据处理系统使实验数据处理过程通过计算机的直观界面来完成,不仅提高了工作效率,避免了手工计算的繁琐和带来的误差,而且使数据处理过程明了、简单,结果更加准确可靠,精度较高。该数据处理系统在“最大气泡法测定溶液表面张力”实验教学中使用,效果显著,具有很好的参考和应用价值。

二、设计说明

最大气泡法测定溶液表面张力数据处理系统是用Matlab语言开发的,共设计了四个gui窗口:1、系统登录窗口;2、数据处理系统主窗口;3、表面张力数据处理窗口;4、吸附量数据处理窗口。

四个gui窗口分别对应四个m文件,通过编译器将这四个函数文件编译成可独立执行的*.exe文件。该系统可以在脱离Matlab环境下运行,运行的最佳环境是32WindowsXP,对64位的Windows系统通过调整编译器也可以运行。

最大气泡法测定溶液表面张力数据处理系统主要功能有:⑴ 对表面张力与浓度的关系采用三种方式拟合并绘图;(2) 对拟合多项式求导计算曲线斜率;(3) 计算各浓度的吸附量,求得最大吸附量并绘制吸附量与浓度的关系图;(4) 作图,利用直线进行拟合,求得该直线斜率(5) 计算被测物质分子的横截面积(为阿伏伽德罗常数),或者。该数据处理系统实验数据的录入通过人机对话界面在汉语的提示下进行,有效防止数据输入中的错误。既可以对单组实验数据实时输入、计算并保存,也可以对多组实验数据批量导入、计算并保存。系统窗口界面美观大方,功能齐全,操作方便,运算速度快,结果准确。

三、操作说明

1、双击“MCRInstaller.exe”文件(),按提示在默认路径下安装,将生成可执行程序脱离Matlab运行所需的函数库。

2、双击bmzl.exe 文件),等待程序自动运行,打开“系统登录窗口”如图1所示。第一次运行“bmzl.exe”文件时,系统会自动建立一个名为“bmzl_mcr”的文件夹,这是系统运行的支持文件,不能删除。

系统登录窗口

输入系统提供的用户名(zdqpf)和密码(ldxyzl)如图2所示。

输入用户名和密码

点击“登录”按钮(),出现如图3所示的信息提示。

3 “登录成功”信息提示

经几秒钟后自动关闭图3窗口,打开“数据处理系统主窗口”如图4所示。

数据处理系统主窗口

在用户名或密码错误及空的情况下点击“登录”按钮()会有相应的信息提示,如图5所示。

  

5 “登录”信息提示

点击“重置” 按钮(),会同时清空用户名和密码文本框。

点击“退出”()和()按钮,出现如图6所示的信息提示。

6 “退出系统”信息提示

3、在图4“数据处理系统主窗口”可以填写实验的基本信息,点击查看实验目的、实验原理等内容。

点击“实验原理”按钮(),打开“实验原理”窗口,如图7所示,点击其它按钮会打开相应内容的窗口。

7 “实验原理”窗口

点击菜单“文件”→“保存界面”,打开“保存界面”窗口如图8所示。

保存界面窗口

     选择保存位置,设输入文件名为tu1,保存后图4窗口界面会以tu1.jpg形式保存在该目录下。点击菜单“文件”→“打开”,出现“请选择文件” 窗口,如图9所示。

9  打开文件窗口

在该目录下可以看到刚才保存的文件tu1.jpg,以蓝色显示,也可以打开查看,如图10所示。建议该窗口界面的保存在数据处理完后进行方便。

10  tu1.jpg文件

点击菜单“帮助”→“说明文档”,会打开“最大气泡法测定溶液表面张力数据处理系统”说明文档,如图11所示。

11  数据处理系统说明文档

在图4“数据处理系统主窗口”点击“数据处理”按钮(),打开“表面张力数据处理” 窗口,如图12所示,同时关闭图4“数据处理系统主窗口”。

12  表面张力数据处理窗口

点击图4“数据处理系统主窗口”的“退出”()和()按钮,出现图6“退出系统”信息提示。

4、图12“表面张力数据处理窗口”主要由三部分组成,第一部分是“仪器常数”,用来确定仪器常数;第二部分是“数据显示”,用来显示多组或单组数据及计算结果;第三部分是“输入数据”,用于单组数据的输入。

在“仪器常数”部分输入实验温度、最大压差123后,点击“确认”按钮(),系统自动完成查表计算,给出计算结果,保留4位有效数字,并提示核对数据,如图13所示。

13  确定仪器常数

实验温度、最大压差123这四个文本框只能输入“数值型”数据,如果误输入其它数据,会出现如图14所示的信息提示,同时清空该文本框以方便输入正确的数据。

14 “输入数字”信息提示

点击“仪器常数”的“清空”按钮(),会清空除“试剂名”外其它文本框数据,恢复图12“表面张力数据处理窗口”。

在“数据输入”部分输入一组数据后,点击“单组数据”的“计算”按钮(),系统完成计算,给出计算结果,保留4位有效数字,并提示核对数据,如图15所示。

15  单组数据计算结果

同样的,浓度、最大压差123这四个文本框只能输入“数值型”数据,如果误输入其它数据,会出现如图14“请输入数字”信息提示,同时清空该文本框以方便输入正确的数据。

如果在没有确定仪器常数的情况下就进行单组数据的计算,会出现如图16所示的信息提示。

16 “确定仪器常数”信息提示

点击“单组数据里”的“保存”按钮(),系统将在“数据显示”表格中保存输入的数据及计算结果,在保存的同时序号自动加1,如图17所示。该表格的列宽可以像Excel工作表一样可以任意调整。

修改输入数据或者点击“单组数据”的“清空数据”按钮()后输入数据,点击“计算”和“保存”按钮,系统会自动将后续的计算结果依次编号,存入“数据显示”表格中,如图18所示。

点击“单组数据”的“重置”按钮(),可清除保存在表格中的最后一行数据,同时序号减1,为及时修改错误数据提供了方便,如图19所示。

17  单组数据保存结果

18  多次计算保存结果

19  重置结果

点击“多组数据”的“清空表格”按钮(),会清空表格中所有存入的数据。点击“多组数据”的“导入”按钮(),打开“选择文件”窗口,如图20所示。

20  打开(*.xls)文件窗口

选择存放实验数据的Excel文件,如sx.xls ,如图21所示。点击图20中的“打开”按钮,或双击选中的文件名“sx.xls”,即可导入选中的sx.xls文件,如图22所示。

21  要导入的Excel文件

22  导入多组实验数据

点击“计算保存”按钮(),出现图23“活动的进程条”,系统会自动完成各组数据的最大压差“平均值”及“表面张力”的计算如图24所示。

23  活动的进程条

24  多组数据计算结果

在计算同时,会将图24计算结果保存在sx.xls文件中,如图25所示。需要注意的是多组实验数据应按照图21所示的格式存放,在数据导入后系统“计算保存”勿打开该Excel文件,以免出错。

25  计算结果保存在sx.xls

同样在没有确定仪器常数的情况下点击“计算保存”,会出现图16“请确定仪器常数”的信息提示。在没有导入数据的情况下点击“计算保存”,会出现图26所示的信息提示。

26 “请导入数据”信息提示

点击菜单“文件”→“保存”→“表格数据”,出现“保存文件”窗口,如图27所示,选择保存位置和文件名,设文件名为sx1.xls,会将图24“多组数据计算结果”表格中的数据保存在指定位置的sx1.xls表格中。

27  保存文件窗口

点击菜单“文件”→“打开”, 出现图9“打开文件窗口”,在该目录下可以看到刚才保存的文件sx1.xls,双击打开如图28所示。

28  数据保存在sx1.xls文件中

点击菜单“文件”→“保存”→“窗口界面”,打开图8“保存界面”窗口,可以将图24“多组数据计算结果”窗口界面以 jpg形式保存下来。

点击菜单“帮助”→“说明文档”,会打开该数据处理系统说明文档,如图11所示。

点击菜单“帮助”→“水的表面张力”,会打开“不同温度下水的表面张力”表,如图29所示,以方便核对数据。

29 “不同温度下水的表面张力”表

点击“吸附量”按钮(),进入“吸附量数据处理”窗口界面,如图30所示。

30  吸附量数据处理窗口

吸附量数据处理需要实验温度,在“实验温度”文本框为空的情况下点击“吸附量”,会出现如图31所示的信息提示。

31 “输入实验温度”信息提示

如果导入了多组数据,但没有计算“最大压差平均值”和“表面张力”数据的情况下点击“吸附量”,会出现如图32的信息提示。

32 “计算数据”信息提示

点击“ 主界面”按钮(),关闭“表面张力数据处理窗口”,打开图4“数据处理系统主窗口”。

点击“退出”()和()按钮,提示是否退出该系统。

5、在图30“吸附量数据处理窗口”点击“ 导入”按钮(),会将图24“多组数据计算结果”表格中的数据导入图30“吸附量数据处理窗口”表格中,如图33所示。

33  导入数据

在没有导入数据的情况下点击“ 计算” 按钮(),会出现图26“请导入数据”的信息提示。

在图33“导入数据”后选择“c”拟合方式,输入拟合阶数“2”,点击“ 计算”按钮,系统会完成表格中“斜率”、“吸附量”和“浓度/吸附量”数据的计算,如图34所示。

34  吸附量数据处理结果

在未选择拟合方式或阶数,点击“ 计算”按钮时会出现如图35所示的信息提示。

 

35 “选择拟合方式”、“输入拟合阶数”信息提示

点击“计算结果”里的“ 确定”按钮(),会在“计算结果”部分看到“最大吸附量Γ∞”、“溶质分子截面积”等参数的计算结果,如图36所示。

其中“拟合直线斜率k”是指浓度/吸附量与浓度关系拟合的直线斜率,“溶质分子截面积”即可以按照“最大吸附量Γ∞”计算,也可以按照“拟合直线斜率k”计算,对表中数据来说,在2c方式拟合下,按照最大吸附量Γ∞计算的溶质分子截面积为,更接近文献值()

“拟合多项式系数”是指表面张力与浓度拟合时多项式的系数。

点击“ 绘图”按钮(),会在新的窗口按照当前表格中的数据绘制“表面张力与浓度关系”、“吸附量与浓度关系”和“浓度/吸附量与浓度关系”三个图形,如图37所示。

36  2c方式拟合的计算结果

37  2c方式拟合的相关图形

选择“ln(c)”拟合方式,输入拟合阶数“3”,点击“计算”和“ 确定”按钮,表格数据和“计算结果”数据会刷新,如图38所示。

38  3ln(c)方式拟合的计算结果

点击“ 绘图”按钮,会得到3ln (c) 方式拟合下三个图形,如图39所示。

39  3ln(c)方式拟合的相关图形

选择Sqrt(c)拟合方式,输入拟合阶数“3”,点击“计算”、“ 确定”和“ 绘图”按钮,结果如图40和图41所示。

40  3Sqrt(c)方式拟合的计算结果

41  3Sqrt (c)方式拟合的相关图形

需要注意的是重新选择了“拟合方式”或输入“阶数”以后,要先点击“计算”,后点击“ 确定”和“绘图”,否则“计算结果”的数据会维持不变,绘图结果也不会变,“计算结果”的数据及绘制的图形是和当前表格中的数据吻合的。

拟合阶数的选择不能太高,系统设置的范围为数字2~5之间,如果超出该范围会出现图42所示的信息提示。

  42 “拟合阶数范围”信息提示

在图33“导入数据”后没有“计算” 情况下,点击“绘图”或“确定”,会出现如图32“请计算数据”的信息提示。

点击“ 绘图” 按钮下面的“清空” 按钮(),系统会清空“数据显示”表格中的数据。

点击“ 计算结果”的“清空” 按钮(),系统会清空“计算结果”中所有文本框数据。

在图403Sqrt(c)方式拟合的计算结果”情况下,点击菜单“文件”“保存”→“表格数据”,会打开图27 “保存文件窗口”,选择保存位置和文件名,设文件名为s2.xls,会将图40表格中的数据保存在指定位置s2.xls文件中,如图43所示。

43  s2.xls数据

点击菜单“文件”→“保存”→“精细数据”,同样打开图27“保存文件窗口”, 选择保存位置和文件名,设文件名为s3.xls,会将图40表格中拟合时的精细数据保存在指定位置s3.xls文件中,如图44所示。

44  s3.xls数据

点击菜单“文件”→“保存”→“窗口界面”,打开图8“保存界面”窗口,可以将图403Sqrt(c)方式拟合的计算结果”窗口界面以 jpg形式保存下来。

点击菜单“文件”→“打开”,出现图9“打开文件窗口”。

点击菜单“帮助”→“说明文档”,会打开该数据处理系统说明文档,如图11所示。

点击“主界面”按钮(),关闭“吸附量数据处理窗口”,打开图4“系统主窗口”界面。

点击“表面张力”按钮(),关闭“吸附量数据处理窗口”,打开图12“表面张力数据处理窗口”。

点击“退出”()和()按钮,提示是否退出该系统。

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