22841

ВИВЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

Лабораторная работа

Физика

У даній роботі досліджується температурна залежність коефіцієнта поверхневого натягу водного розчину спирту від температури за методом Ребіндера. Будують графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу води від температури. Потрібні температури в системі досягаються і підтримуються за допомогою термостата опис якого подано нижче.

Украинкский

2013-08-04

912 KB

11 чел.

РОБОТА №6

ВИВЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ

РІДИНИ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

Вступ. У даній роботі досліджується температурна залежність коефіцієнта поверхневого натягу водного розчину спирту від температури за методом Ребіндера.

Теоретичні відомості. Прилад Ребіндера (рис.1) складається з наповненого водою аспіратора А, з'єднаного за допомогою   гумових трубок з U- подібним манометром М і верхнім повітряним простором посудини В, в яку наливається невелика кількість досліджуваної рідини. В посудину В впаяна скляна трубка С з вузьким кінцем, що дотикається до поверхні рідини. Якщо відкрити кран аспіратора, з нього почне витікати вода і над поверхнею досліджуваної рідини в посудині В виникне деяке розрідження. Манометр М вимірює різницю між атмосферним тиском і тиском, який виникає над поверхнею рідини в В. Ця різниця тисків р приводить до виникнення на нижньому вузькому кінці трубки С повітряної бульбашки. При збільшенні р ця бульбашка поступово збільшується, причому її радіус, як видно з рис.2, спочатку зменшується. Різниця тисків  р , що зростає, зрівноважується тиском, обумовленим поверхневим натягом викривленої поверхні рідини на отворі С за відомою формулою:

р=2R      (1)

де   R  радіус бульбашки, а   коефіцієнт поверхневого натягу рідини. Зменшення радіуса бульбашки відбувається доти, доки він не стане рівним радіусу отвора трубки  R0 . Подальше зменшення радіуса бульбашки неможливе. Тому максимальний тиск, обумовлений поверхневим натягом:

рmax=2 R0           (2)

При дальшому витіканні води з аспіратора тиск в системі ще зменшується і відрізняється від атмосферного тиску більше ніж на величину рmax.  При цьому радіус бульбашки зростає, 2R стає меншим ніж р, бульбашка проривається, повітря з трубки через рідину попадає в посудину В, і тиск в ній зростає. Вода з аспіратора продовжує витікати, утворюється різниця тисків р, на кінці трубки С виникає нова бульбашка, і весь процес повторюється.                      

Вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу проводиться на основі формули (2). Через те, що отвір трубки не є точно коловим, R0  краще розглядати як параметр приладу, що підлягає експериментальному визначенню. Тоді з (2):

α=Aрmax        (3)

Для визначення А треба провести дослід з рідиною, поверхневий натяг якої 0 відомий, наприклад, з дистильованою водою. Очевидно, що

                                        А =0р0  ,                (4)

де р0  максимальна різниця тисків, визначена по манометру для еталонної рідини. Визначивши сталу приладу А, за (3) знаходять коефіцієнт поверхневого натягу досліджуваної  рідини.

Опис методу. 

Завдання 1. Ознайомившись з приладом, наливають в посудину В  потрібну кількість дистильованої води. Відкривають кран аспіратора настільки, щоб зміна тиску проходила досить повільно щоб можна було легко визначити положення рівнів рідини в манометрі в момент відривання бульбашки. За різницею рівнів в манометрі визначають р0.  Одночасно визначають температуру води в склянці, в якій знаходиться посудина В. З таблиць знаходять коефіцієнт поверхневого натягу води при даній температурі. За цими даними з (4) визначають сталу приладу А. Виливають воду з посудини В і наповнюють її розчином спирту в воді певної концентрації. Для того, щоб не змінити концентрації розчину при перезаповненні приладу, рекомендується перед заповненням приладу промити посудину В і

трубку С цим розчином. Проводять вимірювання так само, як із дистильованою водою, і за різницею рівнів рідини в манометрі в момент відривання бульбашки визначають рmax. За (3) розраховують коефіцієнт поверхневого натягу α  розчину даної концентрації. Подібні виміри проводять для кількох розчинів відомої концентрації і по одержаним даним будують графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу розчинів від їх концентрації. Далі вимірюють коефіцієнт поверхневого натягу розчину невідомої концентрації і за графіком визначають концентрацію цього розчину.

Завдання 2. Описаним вище методом для приладу, призначеного для температурних вимірювань одержують значення р0 для води при температурі 20°С і визначають А цього приладу. Після цього визначають коефіцієнт поверхневого натягу води в інтервалі температур 30-90°С через кожні 10°С. Будують графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу води від температури. Потрібні температури в системі досягаються і підтримуються за допомогою термостата, опис якого подано нижче.

Порядок виконання роботи.

  1.  Визначити залежність коефіцієнта поверхневого натягу розчинів спирту в воді від концентрації розчинів.
  2.  

Виміряти коефіцієнт поверхневого натягу води, при різних температурах в інтервалі 20-90°С. Побудувати графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу води від температури.

Література :

  1.  Савельев Д.В., Курс общей физики (том II: Термодинамика и молекулярная физика). М.; Наука, 1990, с. 448-455.

Додаток.

Опис рідинного ультратермостату.

В даній роботі використовується ультратермостат (рис.3). Він складається з мідного резервуара ємністю 10 л, наповненого дистильованою водою або іншою термостатною рідиною і вміщеного, в кожух з листового заліза 1. Проміжок між резервуаром і кожухом заповнено теплоізоляційним матеріалом - скловатою. Резервуар закривається кришкою, на якій змонтовано окремі частини термостата. На кронштейні встановлено електродвигун змінного струму 2, вал якого за допомогою гнучкої муфти з’єднується з віссю, що обертає насос і мішалку. Поряд знаходяться контактний термометр 3 і контрольний термометр 4. Об’єкти, які термостатують, вміщують прямо в заповнений дистильованою водою резервуар термостата, для чого в його кришці є отвір, що прикривається концетричними кільцями різних діаметрів. Термостатна рідина може бути використана також і для підтримання постійної температури в інших приладах, для чого останні приєднуються через патрубки 5 вводу і виводу до термостата,  і термостатна рідина насосом нагнітається в прилад. В резервуарі термостата є мідний змійовик 6, що використовується для охолодження термостатної рідини проточною водою при підтриманні температури нижчої за кімнатну. Термостатуюча рідина нагрівається двома електронагрівниками потужністю 600 та 1200 Вт. Нагрівник на 1200 Вт використовується для прискорення нагрівання, його відключають при наближенні температури в термостаті до потрібної і регулювання температури здійснюється нагрівником 600 Вт, з’єднаним з контактним електротермометром /рис.4/ і чутливим реле.

Розглянемо коротко будову контактного термометра /рис.4/ та реле термостата. Контактний термометр складається з підковоподібного магніту 1, що знаходиться всередині барабана 2, який може обертатися навколо вертикальної осі. До складу термометра входить також мікрометричний гвинт 3, що під дією магніта на потовщену частину гвинта 3а обертається на загострених кінцях. При обертанні барабана з магнітом мікрометричний гвинт обертається і переміщує вгору чи вниз, в залежності від напрямку обертання, гайку 4, що знаходиться на гвинті. Мікрометричний гвинт і гайка з прикріпленою до неї контактною металевою волосинкою 4а знаходяться в скляній трубці, що   приварена до капіляру, з'єднаного з резервуаром з ртуттю. Верхній вивід контактного провідника 5 приєднується до клеми ковпака 6, а нижній вивід через ртуть і провідник 7 - до клеми 8. До цих клем приєднується чутливе електрореле, що включає або виключає нагрівник термостата на 600 Вт. Всередині скляного балона термометра 10 розташована двоярусна шкала 11. Затискний гвинт 12 використовується для фіксації барабана в потрібному положенні.

При обертанні барабана 2 можна встановити гайку 4 з контактною волосиною проти будь-якої поділки верхньої шкали контактного електротермометра. При цьому нижній кінець контактної волосини встановлюється проти такої ж поділки нижньої частини шкали. Ртутний стовпчик, піднімаючись при нагріванні по капіляру, дотикається до кінця контактної волосини і замикає електричне коло термометра. При цьому струм проходить по обмотці реле, осердя якого притягує контактну пластинку, і цим розриває коло нагрівника на 600 Вт. Вимикання нагрівника приводить  до зниження температури системи, контакт волосина-ртуть розмикається, струм через реле припиняється, контактна пластинка відходить від осердя реле і замикає коло нагрівника, що знов підвищує температуру системи. Так відбувається підтримання сталої температури в системі з точністю до 0,05°. Електрична схема термостата наведена на рис.5.

Порядок роботи з термостатом

  1.  Обертаючи барабан за головку 13 встановлюють гайку 4 та кінець контактної волосини в положення, що відповідає потрібній температурі.
  2.  Підключають термостат до електромережі напругою в 220 В.
  3.  Включають тумблери "Сеть" і "Мотор".
  4.  Включають обидва нагрівники. Нагрівник на 1200 Вт треба виключити при наближенні температури до потрібної.
  5.  Після досягнення заданої температури і термостатування системи при цій температурі протягом 3-5 хвилин виконують вимірювання.
  6.  Гайку 4 переводять в положення, що відповідає наступній температурі. Для прискореного підвищення температури включають нагрівник на 1200 Вт, який знову відключають при наближенні температури до потрібної.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4919. Технология программирования на языках Си и C++ 61.96 KB
  О языках Си и C++. В качестве базового языка программирования выбран C++, который является одним из главных инструментом в современном программировании. C++ является мощным и достаточно объемным языком, но, в то же время, у него есть досто...
4920. Ввод и вывод чисел. Стандартные математические функции 67.5 KB
  Ввод и вывод чисел Числовые данные выводятся в выходной поток оператором вывода, определенным в заголовочном файле iostream.h. Этот оператор способен выводить данные любых стандартных типов, в том числе отдельные символы, строки. Приемником...
4921. Измерение емкости конденсатора 54.5 KB
  Цель работы Определить емкость конденсатора двумя способами экспериментальная проверка формул расчета емкости параллельного и последовательного соединения конденсаторов. Схема установки ИП – источник питания G– гальванометр...
4922. Освоение среды разработки Image, Label 57 KB
  Освоение среды разработки. Цель работы Овладеть навыками программирования с использованием Image, Label. Задание Создать проект типа Standard.EXE. Создание на форме элементов управления. Работа со свойствами. Для начала ...
4923. Создание процедуры в среде Visual Basic 113 KB
  Создание процедуры. Цель работы Овладеть навыками программирования с использованием Image, PictureBox, Timer, Button . Задание Создать анимацию бабочки для начала следует создать проект. Далее помещаем на форму Button(1 шт.), Image...
4924. Освоение элементов управления и файлов в среде Visual Basic 63.5 KB
  Освоение элементов управления и файлов в среде VB. Цель работы: овладеть навыками программирования с использованием стандартных элементов управления и файлов. Вариант №11 Задание: Считать матрицу 3*3 из текстового файла...
4925. Основные свойства элемента управления MSFIexGrid 553.5 KB
  Цель работы Изучить основные свойства элемента управления MSFIexGrid (сетки) и способы использования ее для вывода информации. Задание 1 1. Разработайте форму для ввода данных в выделенную ячейку и исследуйте свойства сетки MSFIexGrid. 2. Составьте ...
4926. Дополнительные элементы управления для разработки интерфейса пользователя 813.5 KB
  Цель работы Приобрести навыки в использовании дополнительных элементов управления для разработки интерфейса пользователя. Задание Разработайте форму для демонстрации графиков элементарных функций. Форма должна позволять выводить на экран графи...
4927. Работа с файлами в среде Visual Basic 211.5 KB
  Работа с файлами в VB. Цель работы Приобрести практические навыки в работе с файлами последовательного доступа и использовании стандартных окон Windows. Задание Разработайте и отладьте базу данных Склад с использованием файла последо...