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

49698. Определение геометрических размеров рамы 148 KB
  Выбираем сечение ригеля 150x300.сечения; ширина ребра таврового и двутаврового сечений; h0 рабочая высота сечения; относительная высота сжатой зоны бетона Rb расчетные сопротивления бетона осевому растяжению; Аs площадь сечения ненапрягаемой арматуры γb 1 где Rbn – значение жесткости бетона призменная прочность выбираемое по таблице СНиП 2. γs 1 по значению Rs выбираем =004 производим расчет арматуры по формуле 2 см2 где относительная высота сжатой зоны бетона равная...
49700. РАДИОПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО ЧМ СИГНАЛОВ 1.6 MB
  Курсовой проект посвящен проектированию приемника частотно модулированных непрерывных сигналов.В первой главе проведен выбор и обоснование структурной схемы приемника и описаны основные составные части. Во второй главе сделан эскизный расчет приемника и выбраны электрические принципиальные схемы составных частей приемника.
49701. Метрологическое обеспечение механической обработки гильзы 1Е14ОП-ХС1200.5.19.018 211.48 KB
  Целью работы является разработка метрологического обеспечения производства детали Гильза проверка правильности оформления чертежа правильности выбора допусков на размеры и значений шероховатости для поверхностей. СОДЕРЖАНИЕ Введение 5 1 Задача метрологической экспертизы 6 2 Назначение детали 7 3 Требования к точности размеров 8 4 Требования к шероховатости поверхности 10 5 Взаимосвязь допусков размеров формы расположения поверхностей и шероховатости 11 6 Отклонение формы и расположения поверхностей 13 7 Список замечаний и предложений на...
49703. Полносборное общественное здание из крупноэлементных конструкций 227 KB
  Характеристика здания; Генеральный план; Санитарно техническое оборудование здания; Противопожарные требования. Конструктивные решения здания. По заданию; По генеральному плану участка здания.