II. Экспериментальное определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей

По высоте подъема в капиллярных трубках.

Капиллярами считают трубки, в которых поверхность жидкостей имеет постоянную кривизну, а, следовательно, и постоянное давление Лапласа для любой точки искривленной поверхности. Т.к. R₁=R₂, то

(8)

Л апласовское давление приводит к подъему (при смачивании) или опусканию (при несмачивании) жидкости в капилляре. Если угол смачивания =90⁰, то граница трех сред (стенка трубки – жидкость – воздух) сохраняет уровень жидкости в капилляре одинаковым с уровнем жидкости в сосуде.

Допустим, что жидкость смачивает стенки трубки (90⁰). Тогда жидкость внутри капилляра будет натекать до тех пор, пока не установится равновесие: давления в точках А и В (на одном горизонтальном уровне в сосуде и капилляре) не будут одинаковы.

Если точка В находится непосредственно под горизонтальной поверхностью в сосуде, то давление в ней соответствует атмосферному Р_в=Р₀.

Давление в точке А найдем, пройдя по вертикальному разрезу СДА.

Р_с=Р₀; Р_д=Р_с- Р_л; Р_л – давление под искривленной поверхностью в капиллярной трубке; Р_А=Р_д+gh= Р_о – Р_л+gh= Р_в=Р_0.

Из подчеркнутой части равенства получаем необходимое нам условие равновесия:

Р_л=gh; (9)

Радиус кривизны поверхности жидкости в капилляре можно выразить через радиус капилляра:

закон Жюрена (10)

Полагая смачивание абсолютным (=0) получим:

(10’)

В этом приближении и проведем определение коэффициента поверхностного натяжения для исследуемой жидкости. Но так как r капилляра не известен, то его определим по высоте капиллярного подъема для жидкости с заданным ₁. В нашем случае это будет Н₂О, коэффициент поверхностного натяжения которого определяется по другой из предложенных в работе методик.

 _х=₁₍_^э₎

₁ и ₂ – табличные данные;

h₁ и h₂ – величины прямого измерения.

Таким образом, задача работы сводится к измерению высоты подъема воды и исследуемой жидкости в одном и том же капилляре.

Перед проведением измерений капилляр тщательно промывают и просушивают пропусканием через него потока воздуха.
Трубку с капилляром укрепляют вертикально в держателе и опускают в стеклянную кювету с дистиллированной водой. Оставляют ее в таком положении на несколько минут, чтобы стенки капилляра основательно смочились водой.
Трубку поднимают, сохраняя погруженным в жидкости, ее конец. Важно, чтоб при этом уровень жидкости в капилляре несколько понизился.
Измерение высоты жидкости проводят катетометром.
После отсчета опускают капилляр глубже, через несколько минут поднимают и снова проводят отсчет h₁. Измерение h₁ повторяют не менее 5 раз.
Просушив капилляр, проводят аналогичные измерения h₂ уже с исследуемой жидкостью.
Для расчета значение коэффициента поверхностного натяжения воды, плотности воды и исследуемой жидкости при температуре окружающего воздуха, берут в таблицах.