9620

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торсійної ваги

Лабораторная работа

Физика

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торсійної ваги Мета роботи:ознайомлення з роботою торсійної ваги та визначення коефіцієнта поверхневого натягу різних рідин. Молекули поверхневого шару рідини, на відміну від молекул...

Украинкский

2013-03-14

55.5 KB

21 чел.

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торсійної ваги

Мета роботи: ознайомлення з роботою торсійної ваги 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 площині 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 рівними силам поверхневого натягу, звідси сила поверхневого натягу запишеться так:

 F=l,

де – коефіцієнт поверхневого натягу, що залежить 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 дистильованої води при даній температурі відомим.

В торсійній вазі 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 торсійної (крутильної) ваги, 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 пластинки 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 крутильної ваги, значення при даній температурі знаходять з табл.1 Додатку 2.

Методика виконання роботи

Установити вагу по рівню 2 з допомогою гвинтів 1 (мал. 2).

  1.  При закритій вазі – аретир 3 в положенні “Закрито” – зняти пластинку 7 з важеля 6.
  2.  Пересунути аретир в положення “Відкрито”. Установити стрілку 5 на нуль шкали, обертанням коректора 9 сумістити покажчик 4 з нульовою рисою на шкалі.
  3.  Пересунути аретир 3 в положення “Закрито”, відкрити кришку та підвісити на крючок пластинку 7.
  4.  На прозору полицю поставити стаканчик з дистильованою водою та гвинтами підняти полицю до зіткнення пластинки з поверхнею рідини.
  5.  Аретир 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 зворотному русі важеля 8 визначити вагу пластинки з каплею в момент установлення покажчика 4 на нуль.
  6.  Перед вимірюваннями з іншою рідиною пластинку 7 висушують фільтрованим папером.
  7.  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 логарифма функції. знайти за таблицею.

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

Контрольні питання

Чим обумовлений поверхневий натяг у рідинах?

  1.  Енергетичне визначення коефіцієнта поверхневого натягу.
  2.  Силове визначення коефіцієнта поверхневого натягу.
  3.  Який вигляд робочої формули?
  4.  Послідовність операцій при проведенні експерименту.
  5.  В яку сторону в загальному випадку направлена сила надлишкового тиску під викривленою поверхнею рідини?
  6.  Умова відриву пластинки від поверхні рідини.
  7.  Формула сили поверхневого натягу, що діє по периметру пластинки, яка відривається.
  8.  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

50173. Изучение эффекта Холла 228 KB
  Плеханова технический университет Кафедра Общей и технической физики лаборатория электромагнетизма Изучение эффекта Холла Методические указания к лабораторной работе № 15 для студентов всех специальностей САНКТПЕТЕРБУРГ 2009 УДК 531 534 075. Определение постоянной Холла и концентрации носителей заряда для полупроводника из германия с проводимостью n типа. Измерение индукции магнитного поля в зазоре электромагнита с помощью датчика Холла. Теоретические основы лабораторной работы Первые предложения по техническому использованию эффекта...
50174. Захист проти швидкого розгортання нападу, поступового розгортання нападу 24 KB
  Командна тактика в захисті зводиться до організації колективної взаємодії котра дає змогу успішно відбивати атаки суперника і після цього переходити в наступ. Якщо суперник починає активне маневрування потрібно щільно закрити своїх підопічних або протидіяти розвитку атаки в зонах. Якщо ж напад ведеться по флангу вони переміщуються в бік напрямку атаки. Гравці оборони концентруються в напрямку атаки чи розосередження нападників по фронту й активно беруть участь у боротьбі за мяч з неодмінною організацією страховки.
50176. Национальная экономика 474.07 KB
  Национальная экономика — саморегулирующаяся система, состоящая из большого числа взаимосвязанных различных видов деятельности. Следовательно, она должна давать возможность участия людей в этом производстве и получения каждым человеком, соответствующего его вкладу, доле национального продукта и дохода.
50177. Нечеткая логика 67 KB
  Согласно заданным вариантам разработать программу на любом алгоритмическом языке, способную: А. Различать степени изменения лингвистической переменной в трех степенях – «Очень – Нормально – Слабо» Б. Изменять порог чувствительности. 1. Пояс – мини – миди (женские юбки)
50178. Программирование задач с использованием структур 38 KB
  Создать и ввести массив из структур типа student размер массива произвольный и выполнить задание согласно варианту: Распечатать анкетные данные студентов отличников. Распечатать анкетные данные студентов успевающих на 4 и 5. Распечатать анкетные данные студентов имеющих одну 3. Распечатать анкетные данные студентов имеющих двойки.
50179. Дослідження власних коливань у коливальному контурі 82 KB
  Мета роботи: дослідити залежність періоду коливань у коливальному контурі від ємності конденсатора й індуктивності котушки а також залежність логарифмічного декременту згасання від величини активного опору. Змінюючи частоту генератора розгортки обертанням ручок діапазони частот частота плавно й амплітуда синхронізації домогтися на екрані осцилографа стійкої осцилограми зображення одного цугу згасаючих коливань див. Змінюючи L C і R простежити за характером зміни згасаючих коливань.
50180. Обонятельный анализатор – периферический и центральный отделы. Причины нарушения функции. Профилактика нарушений 15.44 KB
  Проводниковый отдел обонятельного анализатора представлен обонятельным нервом, волокна которого проходят через отверстия решетчатой кости в полость черепа, где они заканчиваются на клетках обонятельной луковицы.
50181. Персональний захист. Зонний захист. Комбінований захист. Тактична підготовка футболіста 27 KB
  Під теоретичною підготовкою футболістів слід розуміти навчання системи знань необхідних для ведення гри. При підготовці до проведення теоретичних занять з юними футболістами вчителю рекомендується: а визначити методичну форму проведення теоретичного заняття бесіда опитування розбір гри чи настанови; б визначити кількість часу для даної теми; в підготуватися до проведення заняття склавши короткий конспект. Учням пояснюють окремі компоненти гри дії футболіста в атаці обороні взаємодії в різних ситуаціях. Особливе місце в...