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

86 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

74399. Учет равномерности затрат при оптимизации развития электрической системы. Метод приведенных затрат в динамической постановке 35 KB
  Приведенные затраты в динамической постановке записываются в виде: где Θ период год к которому приводятся разновременные инвестиции и издержки чаще всего принимают первый период или год сооружения. Выражение в скобках означает приведенные затраты на интервале Т. Если таких отраслей j то динамические приведенные затраты формулируются в следующем виде: Есть несколько вариантов наилучший вариант там где min. Практическое решение заключается в выделении одного хотя не самого лучшего доминирующего критерия например ЧДД или приведенные...
74400. Чистый дисконтированный доход (ЧДД 36.5 KB
  Под ним понимают превышение суммарных денежных поступлений над суммарными затратами с учетом неравноценности эффектов относящихся к различным моментам времени. При этом дисконтированием называют приведение разновременных значений денежных потоков денежных поступлений капиталовложений и пр.
74401. ВЫБОР ВАРИАНТА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЙ ЭКОЛОГИИ 901.5 KB
  При нормативном подходе опираются на требования к обеспечению надежности электроснабжения излаженные в ПУЭ. К наиболее ответственным электроприемникам I категории отнесены такие перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей повреждение дорогостоящего оборудования массовый брак продукции расстройство сложного технологического процесса нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. К электроприемникам II категории отнесены те перерыв электроснабжения которых приводит...
74403. Строение и развитие (мегаспорогенез) зародышевого мешка 30.5 KB
  Там они делятся позднее еще два раза и на концах зародышевого мешка получается по четыре ядра. По одному ядру от каждой группы так называемые полярные ядра направляется к середине зародышевого мешка где они сливаются и образуют так называемое вторичное или центральное ядро зародышевого мешка. Вокруг трех ядер находящихся в конце зародышевого мешка ближайшем к пыльцевходу скопляется густая протоплазма и получаются три клетки голые или одетые очень тонкой белковой но не целлюлозной оболочкой.
74404. КОНУС НАРАСТАНИЯ СТЕБЛЯ 32.5 KB
  Теория справедливая для споровых растений мхов плаунов хвощей и папоротников см. 83 оказалась неверной для голосеменных и покрытосеменных растений. Ганштейн показал что у этих растений единственной апикальной клетки нет конус нарастания их побега массивный многоклеточный и слоистый. По теории гистогенов сформулированной Ганштейном конус нарастания голосеменных и цветковых растений состоит из трех слоев клеток: 1 наружного однослойного дерматогена1 из него возникает кожица эпидермис;2 периблемы состоящей из одного или...
74405. Ксилема 40 KB
  По характеру утолщения стенок различают трахеиды кольчатые спиральные лестничные сетчатые и пористые рис. Пористые трахерды имеют всегда окаймленные поры рис. 101 у хвойных обычно с торусом рис. Трахеиды приспособлены к выполнению двух функций: проведения воды и механического укрепления органа.
74406. Вторичная ксилема 67.5 KB
  Многолетняя деятельность камбия приводит к коренным изменениям в строении древесины и луба. Вторичная ксилема или вторичная древесина Строение древесины хвойных. В трахеидах поздней древесины образованной камбием в конце лета и осенью радиальный размер значительно меньше тангентального; оболочка сильно утолщена а клеточный просвет мал. Трахеиды ранней древесины в соответствии с их строением являются преимущественно элементами проводящей системы; поздние же трахеиды по строению принадлежащие к типу волокнистых трахеид функционируют в...
74407. Вторичная флоэма, или вторичный луб 44.5 KB
  Продольная лубяная паренхима образуется в виде цепочек тяжей лубяной паренхимы или в виде длинных не поделившихся поперечными перегородками клеток камбиформ аналогичных клеткам древесинной паренхимы. Оболочки клеток паренхимы луба обычно одревесневают позже и слабее чем в древесине. Паренхима располагается в лубе в виде тангентальных прослоек у липы радиальными рядами у бузины группами из нескольких клеток у сосен. В паренхиме скопляются запасы в виде крахмала а также в виде гемицеллюлоз откладывающихся в оболочках клеток.