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

18084. Использование системы Swing в Java 493 KB
  Лабораторная работа 7 Использование системы Swing в Java 1. Цель работы Целью работы является приобретение навыков программирования графических приложений Java с использованием элементов управления AWT. 2. Состав рабочего места 2.1. Оборудование: IBMсовместимый п
18085. Программирование ввода-вывода в Java 276.5 KB
  Лабораторная работа 8 Программирование вводавывода в Java 1. Цель работы Целью работы является приобретение навыков использования потоков вводавывода в программах на языке Java. 2. Состав рабочего места 2.1. Оборудование: IBMсовместимый персональный компьютер...
18086. Использование потоков в Java 104.5 KB
  Лабораторная работа 903 Использование потоков в Java 1. Цель работы Целью работы является приобретение навыков работы с потоками при программировании на языке Java. 2. Состав рабочего места 2.1. Оборудование: IBMсовместимый персональный компьютер ПК. 2.2. Про
18087. Цивільний захист, конспект лекцій 699 KB
  Навчальна дисципліна «Цивільний захист» є нормативною дисципліною, що включається в навчальні плани як самостійна дисципліна обов’язкового вибору. Вона зберігає свою самостійність за будь - якої організаційної структури вищого навчального закладу.
18088. Технология программирования на языке Java. Работа с массивами в Java 561.5 KB
  Лабораторная работа 4 Технология программирования на языке Java. Работа с массивами в Java 1. Цель работы Целью работы является приобретение навыков программирования с использованием операторов управления и массивов в языке программирования Java. 2. Состав рабоч
18089. ОСНОВИ ЗАКОНОДАВСТВА УКРАЇНИ ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ 79.5 KB
  ОСНОВИ ЗАКОНОДАВСТВА УКРАЇНИ ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ Тема 1.1. ЗМІСТ ЦІЛІ І ЗАДАЧІ ОХОРОНИ ПРАЦІ Навчальні питання лекції Місце і роль охорони праці в трудовій діяльності нашого суспільства. Законодавчі та нормативноправові акти з охорони праці. Основні п
18090. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ 70 KB
  Тема 1.2. ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ Практичне заняття 2 години. Навчальні питання занять: Гарантії прав громадян з охорони праці. Нормування праці і відпочинку. Трудова дисципліна. Література: Законодавство України про охорону праці // Зб...
18091. ОХОРОНА ПРАЦІ ЖІНОК, НЕПОВНОЛІТНІХ, ТА ІНВАЛІДІВ 72.5 KB
  Тема 1.3 ОХОРОНА ПРАЦІ ЖІНОК НЕПОВНОЛІТНІХ ТА ІНВАЛІДІВ Лекція 2 години Навчальні питання лекції: Охорона праці жінок. Охорона праці неповнолітніх. Охорона праці інвалідів.. Література: Законодавство України про охорону праці // Збірни
18092. МЕДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ 56 KB
  Тема 1.4 МЕДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ Практичне заняття 2 години Навчальні питання занять: Види медичного забезпечення охорони праці. Порядок організації і проведення медичних оглядів. Права та обов’язки підприємств і працівників щодо медичног...