Задача4. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель Приборы и принадлежности

Бюретка с краном на штативе, химический стакан, исследуемые жидкости, аналитические весы, отчетный микроскоп.

Вывод рабочей формулы метода

Е сли чуть приоткрыть кран на бюретке, то жидкость из трубки будет вытекать по каплям (рис. 2-2.11.). Непосредственно перед отрывом капля висит на шейке, форму которой можно считать цилиндрической. Все капли в момент отрыва уравновешиваются (или чуть больше) силами поверхностного натяжения, действующими по контуру, ограничивающему поперечное сечение шейки. Линией раздела, очевидно, является окружность. Тогда, согласно (5) можно записать:

,

где 2r – диаметр шейки капли в момент отрыва. Отсюда

(2-2.15)

Как следует из формулы метода, эксперимент сводится к определению диаметра капли d и массы одной капли.

Порядок выполнения работы

1. Наполнить бюретку исследуемой жидкостью (объем 20 - 25мл) и с помощью крана добиваются равномерного падения капель в стакан.

2. Установить отсчетный микроскоп на уровне шейки капли, добиваются четкого ее изображения. Измеряют 10 раз диаметр шейки в момент отрыва. Цена деления микроскопа равна 0,02 мм/дел.

3. Взвешивают на аналитических весах пустой химический стаканчик. Не меняя скорости падения капель, наполняют его 100 каплями жидкости и вновь взвешивают. Если масса пустого стаканчика равна m₁, а с жидкостью m₂, тогда масса одной капли будет .Опыт по определению m₁ и m₂ проводят несколько раз.

4. Подставляя полученные значения m и r в формулу метода (2-2.15), определяют значение  для воды и спирта.

5. Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 2-2.4 4.Проводят статистическую обработку результатов по методу Стьюдента для =0,95.

6. Окончательный результат представляют в виде: .

Таблица2-2.4.

№	Жидкость	r, м	m1, кг	m2, кг	m, кг	, Н/м
1	Вода
2
3
1	Спирт
2
3

Контрольные вопросы и задания

1. Начертите кривые взаимодействий f(r) и U(r) и объясните ход этих зависимостей.

2. Запишите формулу для потенциала Леннарда – Джонса и объясните ее содержание.

3. При каком соотношении кинетической и потенциальной энергий состояние системы является газом?

4. Объясните механизм возникновения сил поверхностного натяжения.

5. Почему при отсутствии внешних сил капля жидкости принимает форму шара?

6. Дайте определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости и запишите формулу для .

7. Запишите формулу Лапласа и объясните причину поднятия (опускания) жидкости в капилляре.

8. При каких условиях отрывается капля жидкости, вытекающей из трубки?

9. Получите формулу для определения  методом сравнения.

10. Объясните принцип действия экспериментальной установки Штейна для определения . Каково назначение широкого сосуда Д?

11. Запишите условие отрыва кольца от поверхности жидкости.

12. Приведите примеры проявления сил поверхностного натяжения в природе.