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

23126. Основні закони термодинаміки. Формулювання другого закону термодинаміки через ентропію. Статистичне означення ентропії 88.5 KB
  Функція що зв’язує тиск об’єм і температуру фізично однорідної системи яка перебуває в термодинамічній рівновазі називається рівнянням стану. Другий закон ТД для нерівноважних процесів: Для адіабатичного процесу ентропія системи зростає. При маємо: тобто Третій закон ТД: по мірі наближення Т до 0 К ентропія будь якої рівноважної системи перестає залежати від будьяких ТД параметрів системи.
23127. Основні закони термодинаміки. Статистичне визначення ентропії 181.5 KB
  0Начало термодинаміки . 0Начало вводить скалярну величину T для характеристики рівноважн. 1Начало термодинаміки . 1Начало вимірюється в енергетичн.
23128. Розподіл Максвела і Больцмана та їх експериментальна перевірка 82.5 KB
  Розподіл Максвела і Больцмана та їх експериментальна перевірка. Розглянемо розподіл молекул по швидкостям. Розподіл Максвела – це розподіл по швидкостях не залежить від напряму швидкості то ж перейдемо до сферичної системи координат . Остаточно маємо: розподіл Максвела.
23129. Міжмолекулярна взаємодія та її прояви 92 KB
  Для газу Потенціал прямокутної ями. При стискуванні газу його густина збільшується і середня відстань між молекулами зменшується. Міжмолекулярна взаємодія неідеальність газу яскраво проявляється в процесі ДжоуляТомпсона в якому відбувається зміна температури при продавлюванні газу скрізь пористу перетинку. Для ідеального газу .
23130. Явища переносу в газах, рідинах і твердих тілах 77 KB
  Явища переносу в газах рідинах і твердих тілах. Явища переносу я. Всі явища переносу являються необоротними. 1 Процеси переносу в газах Загальне рівняння переносу G – характеризує деяку молекулярну властивість віднесену до однієї молукули.
23131. Фазові перетворення першого і другого роду 55 KB
  Фазові перетворення першого і другого роду. Перетворення при яких відбуваються стрибки перших похідних від хімічного потенціалу називаються фазовими переходами першого роду. При фазових переходах першого роду виділяється або поглинається тепло: прихована теплота. рівняння Клапейрона –Клаузіуса для фазових переходів першого роду.
23132. Рівняння Максвелла, як узагальнення експериментальних фактів 64 KB
  Рівняння Максвелла як узагальнення експериментальних фактів. Рівняння Максвела сформульовані на основі узагальнення емпіричних законів електричних та магнітних явищ. Ці рівняння зв’язують величини що характеризують електромагнітне поле з розподілами електричних зарядів та струмів в просторі. Перше рівняння випливає з експериментально встановленого закону електромагнітної індукції Фарадея: де потік вектора магнітної індукції через поверхню S.
23133. Признаки, типология и эволюция общественных систем 22 KB
  Различают эволюционный и революционный путь развития. С понятием социальной эволюции связывают: постепенное накопление изменений естественно обусловленный характер этих изменений органический характер процессов обуславливающий развитие всех процессов на основе естественных функциональных взаимосвязей С понятием социальной революции связывают: относительно быстрые изменения субъективно направляемые изменения на основе знания неорганический характер процессов Существуют 2 точки зрения на процессы развития о. Теории линейновосходящего...
23134. Культура как социальная система 21.5 KB
  Понятие и сущность культуры 2. Формы культуры 4. Понятие и сущность культуры Зарождение общества и культуры: репродуктивные стратегии; роль сексуальных ограничений в процессе зарождения и становления человеческого общества. Контдиктатный принцип культуры: культура как форма диктатуры слабых; культура как механизм инвариации проявления воли.