ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ
1. ТЕОРИЯ РАБОТЫ
Коэффициент поверхностного натяжения(α) можно определить как отношение силы поверхностного натяжения к длине границы l, вдоль которой она действует, то есть
α =F/l. (8.2)
Цель работы – определение коэффициента поверхностного натяжения воды. В данной работе к.п.н. определяется по поведению жидкости в стеклянном капилляре – трубке с малым внутренним диаметром(d<1 мм). Капилляр опущен в жидкость в вертикальном положении, как изображено на рис. 1 и рис. 2.
Рис. 1. Подъем жидкости в капилляре Рис. 2. Опускание жидкости в капилляре
Картина явления зависит от соотношения сил межмолекулярного притяжения f0 в жидкости и сил взаимодействия между молекулами жидкости и материалом капилляра f1. Если f1>f0, то жидкость в капилляре поднимается(рис. 1). В противном случае жидкость опустится(рис. 2).
От соотношения сил f1 и f0 зависит также краевой угол θ на границе поверхности жидкости в капилляре.
Стекло почти полностью смачивается водой, поэтому в данной работе можно считать cos θ=1.
Из гидростатики давление столба жидкости высотой h определяется соотношением
P=ρgh, (8.3)
где ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения.
Также
P=2α/R, (8.1)
где R – радиус кривизны поверхности, α – к.п.н.
Радиус кривизны поверхности R связан с радиусом капилляра r соотношением
R=r/cos θ (8.5)
Таким образом, к.п.н. воды α можно найти по высоте h подъема жидкости в стеклянном капилляре из соотношения
α=ρgrh/2 (8.7)
и по формуле (8.1), учитывая (8.5) и полагая θ=0, то есть
α=Pr/2. (8.9)
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
hкапилляр=15мм=0,015м
dкапилляр=x1-x2=7,27-2,17=5,1мм
μ= 0,291мм
rкапилляр=μd/2=0,291*5,1/2=0,74мм=0,00074м
|
|
вертикальная шкала |
цилиндрическая шкала |
|
N0 |
24 |
165 |
|
N |
|
|
|
1 |
24 |
13 |
|
2 |
24 |
12,5 |
|
3 |
24 |
14,1 |
|
4 |
24 |
12 |
|
5 |
24 |
13 |
α= ρgrh/2= 1000*10*0,00074*0,015/2=0,0555
α= Pr/2; P= N-N0
α1= 152*0,00074/2=0,05624
α2= 152,5*0,00074/2=0,056425
α3= 150,9*0,00074/2=0,055833
α4= 153*0,00074/2=0,05661
α5= 152*0,00074/2=0,05624
3. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТИ
При определении α по формуле (8.7) имеем
При расчёте α на основе (8.9) получаем
