3479

Определение коээфициента поверхностного натяжения жидкости по способу отрыва капли

Лабораторная работа

Физика

Определение коээфициента поверхностного натяжения жидкости по способу отрыва капли Приборы и принадлежности: Бюретка с краном на штативе, два стакана, воронка, вода, исследуемая жидкость (спирт). Теория работы и описания приборов Жидкость состоит из...

Русский

2012-11-02

185 KB

84 чел.

Определение коээфициента поверхностного натяжения жидкости по способу отрыва капли

Приборы и принадлежности:

Бюретка с краном на штативе, два стакана, воронка, вода, исследуемая жидкость (спирт).

Теория работы и описания приборов

Жидкость состоит из молекул, между которыми действуют силы сцепления в пределах радиуса межмолекулярного взаимодействия. Если молекула «А» находится внутри жидкости на глубине ниже радиуса межмолекулярного взаимодействия, то силы, действующие на молекулу «А» со стороны окружающих молекул уравновешены. Если молекула «А» находится на поверхности жидкости или на глубине меньше радиуса межмолекулярного взаимодействия, то результирующая сил межмолекулярного взаимодействия направлена внутрь жидкости. В результате на поверхности жидкости образуется упругая пленка, стремящаяся сократить свою поверхность. Поверхностный слой обладает дополнительной поверхностной энергией, а силы, действующие на пленку называются силами поверхностного натяжения.

За меру поверхностного натяжения принимают величину коэффициента поверхностного натяжения, который равен силе поверхностного натяжения приложенный к единице длины линии разрыва пленки, направленный по касательной к поверхности пленки перпендикулярно линии разрыва.

Единица измерения коэффициента поверхностного натяжения . Коэффициент поверхностного натяжения можно определить по способу отрыва капли. Если из стеклянной трубки будет капать жидкость, то капля оторвется от трубочки только тогда, когда ее вес будет равен (или незначительно больше) силе, удерживающей каплю от падения. Капля оторвется под действием ее веса, а сила поверхностного натяжения, удерживающая каплю от падения может быть записана

  (1)

где F – сила поверхностного натяжения,

– длина окружности шейки капли в момент отрыва (рис. 8),

– коэффициент поверхностного натяжения,

r – радиус шейки капли.

В момент отрыва капли ее вес равен силе поверхностного натяжения P=F или

 (2)

здесь m – масса капли.

Из равенства (2) можно определить . Но из за трудности определения радиуса шейки капли применяют относительный метод определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Если через один и тот же капилляр (бюретку) пропускать две разные жидкости, для одной из которых известен коэффициент поверхностного натяжения, то можно определить коэффициент поверхностного натяжения для второй жидкости. В расчетную формулу, вывод которой здесь приводится, радиус шейки капли не входит. Жидкость пропускают через капилляр так, чтобы она протекала отдельными каплями.

рис 8 рис 9

Объем вытекающей жидкости связан с ее массой и плотностью формулой:

 (3)

где mж – масса вытекшей жидкости, которая может быть выражена произведением массы одной капли на число капель;

V – объем жидкости,

 – плотность жидкости.

Для равных объемов двух вытекших из трубки жидкостей, количество капель в которых известно на основании формулы (3) можно записать:

 (4)

 (5)

где N1 и N2 – число капель каждой из жидкостей в данном объеме,

m1 – масса одной капли воды,

m2 – масса одной капли исследуемой жидкости,

1 – плотность воды,

2 – плотность исследуемой жидкости.

Подставив в (4) и (5) выражения массы одной капли из (2) и приняв (4) и (5) получим,

 (6)

Откуда коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости будет

 (7)

Для удобства расчета 2  в (7) в место N1 и N2 – чисел капель в каком либо определенном объеме можно взять число капель n1 и n2 каждой из жидкостей в единице объема, где

 ;

Тогда равенство (7) перепишем

 (8)

Работу выполняют на установке изображенной, на рис. 9.

Порядок выполнения работы

  1.  Открыв кран, подбирают скорость вытекания жидкости, позволяющую считать капли.
  2.  Отметив начальную высоту уровня жидкости, отсчитывают некоторые количество капель (80-100 капель) и закрывают кран.
  3.  Отмечают новое положение уровня жидкости и по их разности определяют объем вытекшей жидкости.
  4.  Опыт проделывают не менее трех раз с каждой жидкостью для разного количества капель.
  5.  Рассчитывают для каждого случая количество капель для единицы объема.
  6.  По формуле (8) вычисляют коэффициент поверхностного натяжения % исследуемой жидкости и определяют его среднее значение.
  7.  Результаты записывают в таблицу наблюдений.

Таблица наблюдений

Плотность воды (кг/м3)

1

1000

Плотность исследуемой жидкости (кг/м3)

2

800

V1

N1

n1

1

V2

N2

n2

2

<2>

Ед. изм.

м3

м-3

м3

м-3

1

2

3

Указания к работе

  1.  1 см3 = 10-6 м3
  2.  Коэффицент поверхностного натяжения воды 1 определяют из графика зависимости его от температуры (рис. 5)
  3.  Плотность воды принять равной 103

Контрольные вопросы

  1.  Вывести формулу (8) для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
  2.  Дать определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Единицы измерения коэффициента поверхностного натяжения.
  3.  Какова природа сил поверхностного натяжения?
  4.  Как направлены силы поверхностного натяжения в месте отрыва капли?
  5.  У какой из исследуемой жидкости число капель в единицу объема больше и почему?
  6.  Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22834. РЕОСТАТ І ПОДІЛЬНИК НАПРУГИ 139.5 KB
  РЕОСТАТ І ПОДІЛЬНИК НАПРУГИ Реостат і подільник напруги це прилади що застосовуються для регулювання сили струму і напруги в електричних схемах. Спад напруги на опорінавантаженні а на реостаті напруга на опорінавантаженні змінюватиметься від до . Подільником напруги може правити реостат з трьома клемами який підключається до електричного кола так як зображено на мал. Переміщуючи точку вздовж подільника напруги можна одержати будьяку напругу від до 0.
22835. МЕТОД КОМПЕНСАЦІЇ В ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАННЯХ 232 KB
  МЕТОД КОМПЕНСАЦІЇ В ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАННЯХ Вимірювання електрорушійної сили джерела струму методом компенсації. джерела струму дорівнює різниці потенціалів на полюсах розімкненого елемента. Вимірювання термоелектрорушійної сили диференціальної термопари за допомогою потенціометра постійного струму. Принцип роботи потенціометра постійного струму такий.
22836. ЗАЛЕЖНІСТЬ ОПОРІВ МЕТАЛІВ ТА НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ 76 KB
  ЗАЛЕЖНІСТЬ ОПОРІВ МЕТАЛІВ ТА НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ При підвищенні температури металу його опір електричному струму зростає. Температурний коефіцієнт характеризує відносну зміну опору при зміні температури на один градус:. 1 Величина не є постійною вона залежить від температури. Для багатьох металів ця залежність може бути описана таким виразом: 2 де опір при температурі опір при температурі яку прийнято за точку початку відліку температури; постійні величини які залежать від роду металу і вони...
22837. ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНИХ ПОЛІВ 208 KB
  ВИВЧЕННЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНИХ ПОЛІВ Електростатичні поля описуються за допомогою скалярної величини потенціалу або векторною величиною напруженістю електричного поля де радіусвектор точки в якій поле вивчається. Аналітичний розрахунок цих величин в довільній точці поля можна провести як правило лише для найпростішого просторового розподілу електричних зарядів. Електростатичні поля складної форми зручніше досліджувати експериментально. Вектори напруженості поля завжди перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь.
22838. Процеси в електричному колі змінного струму 123.5 KB
  Фаза струму через індуктивність менша на від фази прикладеної напруги а фаза струму через ємність випереджає фазу прикладеної напруги на . Розрахунок кіл змінного струму базується на законах Кірхгофа для кіл змінного струму. Довільна ділянка кола змінного струму може бути представлена комбінацією активного опору індуктивності та ємності.
22839. Спад напруги на реактивних опорах 57.5 KB
  Амплітуда спаду напруги на реактивному опорі визначається частотою коливань  а також величинами опорів C та R чи L. Якщо позначити амплітуду напруги що подається на вхід схеми мал.15 то спад напруги на ємності Амплітудне значення спаду напруги індуктивності де активний опір котушок індуктивності.
22840. ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ 271 KB
  Якщо капіляр занурити в рідину рідина підніметься або опуститься в капілярі на деяку висоту над рівнем рідини в посудині. Це явище пояснюється тим що тиск під поверхнею рідини залежить від форми поверхні. В капілярних трубках внаслідок взаємодії молекул рідини з молекулами речовини капіляра поверхня рідини викривлюється.
22841. ВИВЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ 912 KB
  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.
22842. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ РІДИНИ МЕТОДОМ СТОКСА 226.5 KB
  В даній роботі коефіцієнт внутрішнього тертя рідини визначається виходячи з даних про швидкість рівномірного падіння кульки в рідині. При падінні кульки в рідині на кульку діє сила тяжіння архімедова сила і сила опору середовища . Внаслідок змочування поверхні кульки рідиною найближчий до кульки шар рідини має швидкість кульки наслідком чого є виникнення градієнта швидкості. Формула Стокса виражає силу опору середовища кульці що рухається в цьому середовищі: 2 де радіус...