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

58992. Воєнно-політичні події 1650-1653 рр 64 KB
  Після укладення угоди з поляками татари почали вимагати від Хмельницького припинення воєнних дій а від короля виконання умов Зборівської угоди. Уже втретє хан зрадив Хмельницького. Лупул звернувся по допомогу до Хмельницького.
58993. Голодомор в Україні. Позакласний захід вшанування памяті тих, хто загинув в 1932-1933 роках 60.5 KB
  Радянський уряд, яким керував Йосиф Сталін, вимагав від робочих все більше хліба, мяса, молока. Бідні селяни перебивались з хліба на картоплю, але згодом і цього не стало. Люди ховали картоплю, зерно в ями, де тільки можна, та нічого не втаїли від ока збирача.
58994. Голодомор в Україні 1932-1933 рр. Причини, наслідки 53 KB
  Ініціаторами знищення непокірних українців були Ленін і Сталін. Саме Сталін і його прибічники наказали відібрати в українських селян усе, що вони виростили на полях, щоб людям зимою не було чого їсти. І цей наказ старанно виконали...
58995. Грати за правилами. Конспект уроку з основ суспільствознавства, етики 38.5 KB
  Для другої гри: декілька залежить від кількості гравців однакових копій настільної гри типу Подорож така ж кількість ігрових костей по одній унікальній ігровій фігурці наприклад з яєць Сюрприз для кожного із гравців...
58996. Гроші, їх види та функції 63.5 KB
  Механізми що приводять у дію економіку досить складні але один з найдавніших і важливих гроші. Як економічний механізм гроші відомі нам з раннього дитинства з першої монетки чи банкноти. Рольова гра учні класу виступають у ролі представників наукових...
58997. День Святого Миколая 52.5 KB
  Тим часом не так давно в Україні Новий рік зустрічали зі Святим Миколаєм більше знаним у народі як Миколайчудотворець. У зимову ніч з 18 на 19 грудня святий Миколай спускався на срібній вервечці з неба. Миколайугодник один з найулюбленіших народних святих з іменем якого...
58998. День учителя 39 KB
  У звязку зі святкуванням Дня вчителя до нас у місто прибув почесний гість - сам Папа Римський Бенедикт Шістнадцятий. На сцені зявляються папа римський і перекладач. Папа Римський. Доброго дня шановні пані та панове Папа римський.
58999. Державний устрій, закони та звичаї Ліліпутії в романі Дж. Свіфта 35.5 KB
  Як у романі пародіюються стосунки між католиками та протестантами Хто й чому промовляє: Я рішуче відмовився бути знаряддям поневолення незалежного й відважного народу Як наказ премєра Англії про грошову винагороду за голову злочинця виявив повагу ірландців до Свіфта.
59000. Детективні новели Едгара По 60.5 KB
  Від новели чекали розповіді про те що трапилося насправді про якусь дивну подію що сталася десь і з кимось подію настільки вірогідну щоб читачі змогли її упізнати та порівняти з власним життям.