9614

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торзіонних терезів

Лабораторная работа

Физика

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торзіонних терезів Мета роботи: ознайомлення з роботою торзіонних терезів та визначення коефіцієнта поверхневого натягу різних рідин. Молекули поверхневого шару рідини, на відміну від моле...

Украинкский

2013-03-14

57 KB

8 чел.

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торзіонних терезів

Мета роботи: ознайомлення з роботою торзіонних терезів та визначення коефіцієнта поверхневого натягу різних рідин.

Молекули поверхневого шару рідини, на відміну від молекул в глибині рідини, знаходяться в особливих умовах. Рівнодіюча всіх сил, що діють на молекулу всередині рідини з боку інших молекул, дорівнює нулю, а діючих на молекулу поверхневого шару рідини – відрізняється від нуля. Якщо сили, що діють на молекулу поверхневого шару, згрупувати по квадрантам, то ці сили дадуть складові як у вертикальній, так і в горизонтальній площині. Сили в вертикальній пллощині втягують молекулу всередину рідини та створюють молекулярний або внутрішній тиск. Сили в горизонтальній площині викликають прагнення рідини скоротити свою поверхню. Вони називаються силами поверхневого натягу та направлені по дотичній до поверхні рідини.

Для розриву поверхні рідини необхідно прикласти зовнішні сили, дотичні до поверхні та перпендикулярні лінії розриву. Вони повинні бути ріними силам поверхневого натягу, звідси сила поверхневого натягу запишеться так:

 F=l,

де – коефіцієнт поверхневого натягу, що залежний від природи рідини та температури;

 l – лінія розриву.

Коефіцієнт поверхневого натягу чисельно рівний силі, що прикладена до одиниці довжини лінії, що лежить на поверхні рідини, та вимірюється в ньютонах на метр (Н/м). Це силова характеристика. Якщо зовнішні сили збільшують поверхню рідини на dS, то проти сил поверхневого натягу виконується робота

 dA=Fdx=ldx,

але ldx=dS,

тоді

 dA=dS.

З останнього виразу випливає, що коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює роботі, що необхідна для утворення одиниці поверхні рідини. Це енергетична характеристика. Домішки сильно впливають на величину ; це пояснюється тим, що  в поверхневому шарі рідини є молекули і розчинника, і розчиненої речовини. В даній роботі визначають коефіцієнт поверхневого натягу розчинів солі та мила, вважаючи коефіцієнт поверхневого натягу дистилльованої води при даній температурі відомим.

В торзіонних терезах маленька чотирикутна пластинка зі сторонами a та b опускається на поверхню рідини. Кут між вертикальною поверхнею пластинки та площиною, дотичною до поверхні рідини на межі з тілом, називається крайовим кутом (мал. 1).

Для того щоб відірвати пластинку від поверхні рідини, треба прикласти силу

 F=P+F,

де P вага пластинки;

 F=2(a+b)cos – сила поверхневого натягу, що діє по всьому периметру пластинки.

Тоді

F=P+2(a+b)cos,

звідки

  .

F та P визначають з допомогою торзіонних (крутильних) терезів, межі вимірювання яких 0-500мг. Виміряти кут важко, тому використовують метод порівняння. Останнє рівняння запишемо для досліджуваної рідини та води:

  ; .

Ділимо першу рівність на другу; кути x та мало відрізняються один від одного, тому на cos можна скоротити. В результаті отримаємо

  ,

Px та – вага пластинки з крапельками рідини та води, так як на поверхні платинки при відриві її від поверхні рідини залишаються крапельки, що утримуються силами  поверхневого натягу. Вага цих крапельок для різних рідин різна.

Величини Fx, Px, ,  вимірюють з допомогою крутильних терезів, значення при даній температур і знаходять з табл.1 Додатку 2.

Методика виконання роботи

  1.  Установити терези по рівню 2 з допомогою гвинтів 1 (мал. 2).
  2.  При закритих терезах – арретир 3 в положенні “Закрито” – зняти пластинку 7 з важеля 6.
  3.  Пересунути арретир в положення “Відкрито”. Установити стрілку 5 на нуль шкали, обертанням коректора 9 сумістити вказівник 4 з нульовою рискою на шкалі.
  4.  Пересунути арретир 3 в положення “Закрито”, відкрити кришку та підвісити на крючок пластинку 7.
  5.  На прозору полицю поставити стаканчик з дистильованою водою та гвинтами підняти полицю до соприкосновения пластинки з поверхнею рідини.
  6.  Арретир 3 пересунути в положення “Відкрито”, а потім повільно пересувати важіль 8 до моменту відриву пластинки від поверхні рідини. Відмітити силу відриву F по шкалі проти стрілки 5. При обратном русі важелю 8 визначити вавгу пластинки з каплею в момент установлення вказівника 4 на нуль.
  7.  Перед вимірюваннями з іншою рідиною пластинку 7 висушують фільтрованою бумагою.
  8.  Вимірювання провести для води та усіх досліджуваних рідин три-п‘ять разів, знайти середню різницю Fx-Px та  , похибки різниць ( Fx-Px) та ( ). Результати звести в таблицю.

Вода

Рідина 1

Рідина 2

  1.  Підрахувати для всіх рідин x. Похибки x визначити шляхом диференціювання натурального логарифму функції. знайти за таблицею.

Зауваження. Розчин солі слід добре взбалтивать перед вимірюваннями ().

Контрольні питання

  1.  Чим обумовлений поверхневий натяг у рідинах?
  2.  Енергетичне визначення коефіцієнта поверхневого натягу.
  3.  Силове визначення коефіцієнта поверхневого натягу.
  4.  Який вигляд робочої формули?
  5.  Послідовність операцій при проведенні експеримента.
  6.  В яку сторону в загальному випадку направлена сила надлишкового тиску під викривленою поверхнею рідини?
  7.  Умова відриву пластинки від поверхні рідини.
  8.  Формула сили поверхневого натягу, що діє по периметру пластинки, яка відривається.
  9.  Яким методом визначається похибка к?

Література

  1.  Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. т.І—М.:Физматгиз, 1972.—с.212-220.
  2.  Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.: Физматгиз, 1977.—с.367-370.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

729. Линейная стационарная система с постоянными параметрами 5.19 MB
  Цифровой фильтр (линейная стационарная система с постоянными параметрами – ЛПП-система) задается в дискретном времени импульсной характеристикой. Отклик ЦФ на последовательность, найденный непосредственно через уравнение свертки...
730. Формування екологічної свідомості та мислення 52.5 KB
  Формування екологічного мислення і свідомості в умовах сучасного суспільства. Загальні підходи до формування екологічного світогляду та мислення. Варіанти формування екологічної свідомості запропоновані різними авторами.
731. Иммуногистохимические маркеры как фактор прогноза при хирургическом лечении колоректального рака 106.9 MB
  Роль исследования лимфатических узлов в определении прогноза колоректального рака. Молекулярно-биологические маркеры как факторы прогрессии и метастазирования колоректального рака. Методы отбора больных для включения в исследование, дизайн исследования, методы сбора данных. Концепция хирургического лечения при правосторонней локализации опухоли.
732. Специфика работы агента по снабжению и сбыту в РТУП Торговый дом Легпром 155.5 KB
  Функции и задачи отделов МТО и сбыта. Нормативно-правовые документы, касающиеся материально-технического обеспечения и сбыта продукции в РТУП Торговый дом Легпром. Разработка планов материально-технического обеспечения. Заключение хозяйственных договоров. Учет и контроль поступления и реализации товарно-материальных ценностей. Организация складского хозяйства. Отгрузка продукции потребителям.
733. Анализ деятельности фирмы на рынке и теория коррупции 127 KB
  Рынок и закономерности его функционирования. Крупный бизнес и слабое государство. Конкурентные рынки и выбор фирм. Планирование деятельности и доходов фирмы. Проблемы российских предпринимателей при ведении ими бизнеса. Динамика коррупции в России.
734. Определение коэффициента вязкости жидкости по методу падающего шарика 57 KB
  Основная расчетная формула для вычисления коэффициента вязкости жидкости. Средние значения диаметра шарика и время его падения. Средства измерений и их характеристики. Расчет границы абсолютной погрешности измерения плотности материала шариков.
735. Многофункциональный высотный жилой дом 96 KB
  Решение генплана и благоустройство территории. Конструктивное решение объекта. Инженерно-техническое решение и оборудование. Мероприятия по решению вопросов энергосбережения и экологии. Площади для размещения инженерного оборудования.
736. Сетевые методы планирования и управления 530 KB
  Составление индивидуального перечня работ и построение СГ. Расчет сметной стоимости работ. Расчет сметной стоимости работ оптимизированного СГ. Построение графиков Время – затраты.
737. Возникновение и протекание гипертонической болезни 143 KB
  Этиология, патогенез и лечение гипертонической болезни. Стадия начальных органических изменений. Стресс и хроническое психоэмоциональное напряжение. Классификация и клинические проявления. Профилактика гипертонической болезни