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

25915. Конструкция и принцип действия вакуумных выключателей. Достоинства и недостатки. Условия выбора. Сравнение с другими высоковольтными выключателями 22.5 KB
  Таким образом дуга в вакууме существует изза ионизации паров контактного материала вначале за счет материала контактного мостика а затем в результате испарения материала электродов под воздействием энергии дуги. Поэтому если поступление паров контактного материала будет недостаточно вакуумная дуга должна погаснуть.
25916. Тепловые процессы в электрических аппаратах. Источники теплоты. Поверхностный эффект и эффект близости. Способы распространения теплоты в пространстве. Термическая стойкость электрических аппаратов 292 KB
  ТЕРМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НАГРЕВ ПРИ КЗ Под термической стойкостью аппарата понимают его способность выдерживать без повреждений и перегрева свыше норм термическое действие токов короткого замыкания определенной длительности. Термическая стойкость характеризуется током термической стойкости т. Для выключающих аппаратов термическая стойкость задается обычно 10секундным током и...
25917. Контактные явления в электрических аппаратах. Классификация контактов их конструкция и материал исполнения. Понятия переходного сопротивления контакта 49 KB
  Классификация контактов их конструкция и материал исполнения. Чем больше контактов в цепи тем сильнее сопротивление. При точечном контакте контактные нажатия небольшие и для уменьшения сопротивления контактов применяют драгоценные металлы не образующие окиси. Для этих контактов применяют медь.
25919. Электромеханические реле. Принцип действия. Виды электромеханических реле, их назначение. Основные характеристики, требования 25.5 KB
  Электромеханические реле. Виды электромеханических реле их назначение. Электромеханическое релекоммутационное устройство предназначенное производить скачкообразные изменения в управляющих цепях. реле подразделяются на 2 класса: электромеханические статические Эл.
25920. Электромеханические реле времени. Тепловые реле. Принцип работы. Область применения 24 KB
  Электромеханические реле времени. Тепловые реле. реле времени. Схема защиты реле автоматикичасто требуется выдержка времени когда выдержка устанавливается для предотвращения срабатывания защиты от пусковых токов.
25921. Реле тока и реле напряжения. Принцип работы. Область применения 24.5 KB
  Реле тока и реле напряжения. Реле тока. Реле предназначены для отключения неприоритетных цепей при превышении допустимой величины потребляемого тока. Возможно использование реле для защиты цепей и источников питания от перегрузки по току и короткого замыкания Принцип работы: Потенциометром на передней панели изделия устанавливаем величину тока в цепи при превышении которого реле отключает цепь.
25922. Газовое реле. Принцип работы. Область применения 44 KB
  Использование масла решает проблему охлаждения однако создаёт новую проблему связанную с повышенной опасностью эксплуатации электрического аппарата. В случае повреждения токоведущих частей например при коротком замыкании между обмотками трансформатора масло начинает нагреваться происходит усиленное газообразование резко поднимается давление масла в баке что может привести к взрыву сопровождающемуся пожаром. Принцип действия [Расширитель масляного бака В процессе эксплуатации аппарата уровень масла в баке может меняться. Расширитель...
25923. Промежуточные реле. Указательные реле. Принцип работы. Область применения 22.5 KB
  Промежуточные реле. Указательные реле. Реле промежуточные предназначены для коммутации электрических нагрузок в цепях переменного и постоянного тока в схемах устройств релейной защиты противоаварийной и системной автоматики электроэнергетических объектов промышленной аппаратуре различного назначения и являются комплектующими изделиями. Могут использоваться в качестве вспомогательных реле в цепях постоянного тока.