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

78403. КОРЕННЫЕ И ШАТУННЫЕ ПОДШИПНИКИ 59.58 KB
  Контроль состояния подшипников коленчатого вала осуществляют двумя методами: осмотром их состояния при техническом обслуживании и текущих ремонтах ТР; с помощью спектрального анализа масла. Увеличение содержания в масле свинца обнаруженное при спектральном анализе проб масла отбираемых на каждом текущем обслуживании ТО3 укажет на повышенный износ или выкрашивание баббита вкладышей коленчатого вала. На текущих ремонтах ТР2 производят внешний осмотр подшипников нижнего коленчатого вала с измерением щупом зазоров на масло и провисания...
78404. ЦИЛИНДРОВЫЕ КРЫШКИ И КЛАПАНЫ 61.76 KB
  При текущих ремонтах ТР2 и ТР3 крышки цилиндров снимают разбирают очищают от нагара и накипи и ремонтируют. Перед снятием крышки измеряют линейные размеры камеры сжатия с помощью приспособления рис 33 н зазор между крышкой и блоком по щупу у дизеля Д50 снимают форсунку н вместо нее устанавливают приспособление при положении поршня в нижней мертвой точке. Камеру сжатия регулируют толщиной прокладки между втулкой и крышкой цилиндра дизель 11Д45 или подрезкой торца крышки цилиндра дизель Д50.
78405. Неисправности насосов. Ремонт масляного насоса дизеля и его привода 138.18 KB
  В топливоподкачивающих насосах нарушается плотность сальникового уплотнения снижается подача из-за износа втулки вала возникают трещины в корпусе крышке и др. Ремонт масляного насоса дизеля и его привода Для снятия насоса с дизеля отсоединяют всасывающий и нагнетательный трубопроводы выпрессовывают конические штифты отворачивают гайки шпилек и снимают насос. Чтобы судить о степени износа зубьев зубчатых колес корпуса и подшипниковых планок перед разборкой насоса измеряют радиальный зазор между зубьями колес и корпусом насоса и осевой...
78406. Ремонт холодильников и теплообменников 176.34 KB
  Неисправностями секций холодильника являются течь по трубкам при обрыве и нарушении пайки загрязнение наружной и внутренней поверхностей секций. Течь трубок по месту пайки в коробку возникает при неправильном креплении секций колебании давлений и температуры воды и масла и размораживании секций зимой при резком открывании жалюзи. Снаружи секции покрываются пылью и грязью внутри масляных секций отлагаются механические частицы нагар и продукты окисления масла на водяных секциях накипь. Загрязнение секций ухудшает теплопередачу от трубок...
78408. Ремонт и зарядка аккумуляторной батареи 66.24 KB
  Неисправностями батареи являются: сульфитация и короткое замыкание пластин загрязнение электролита трещины в баках разрушение деревянных ящиков. Сульфитация пластин возникает в результате систематических недозаряда глубоких разрядов длительного пребывания батареи в разряженном состоянии применение электролита высокой плотности и загрязнения его вредными примесями. Загрязнение электролита примесями различных соединений металлов вследствие недостаточно чистых исходных материалов применяемых при приготовлении электролита или заливке...
78409. Ремонт электрических машин. Ремонт моторно-осевых подшипников 32.06 KB
  Буксы моторноосевых подшипников устанавливают болтами а скомплектованные вкладыши моторноосевых подшипников отправляют на мойку. Вкладыш моторноосевых подшипников клеймят и стягивают хомутами для сохранения парности обмывают в моечной машине и подают в специализированное ремонтное отделение. При ремонте моторноосевых подшипников тепловозов производят наплавку бронзовыми электродами ОЦС 4417 внутренней поверхности вкладышей и поверхности бортов а также электролитической меднение или наплавку наружной поверхности.
78411. СБОРКА И УСТАНОВКА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 107.66 KB
  Устанавливают на валу якоря внутренние обоймы роликоподшипников в подшипниковых щитах монтируют наружные обоймы подшипников вместе с роликами ставят и закрепляют на остове подшипниковый щит 27 см. Надев на вал якоря подшипниковый щит 13 и укрепив на валу подъемную скобу вставляют якорь вместе со щитом в остов см. Измеряют радиальное биение коллектора осевой разбег якоря в подшипниках проверяют длинными щупами зазоры между сердечниками якоря и полюсов. О правильности монтажа подшипниковых щитов в остове судят по отсутствию зазора между...