Лабораторная работа № 6

5. ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1. Цель работы

6.1.1 Одним из методов практически определить коэффициент поверхностного натяжения воды

2. Оборудование

1. Пипетка

2. Весы учебные с разновесом

3. Сосуд с водой

4. Сосуд для сбора капель

5. Микрометр

6. Набор игл

7. Штатив

3. Краткие теоретические сведения

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию сокращается: при этом совершается работа А:

А = σ ∆ S (1)

Где σ – коэффициент пропорциональности ( выражается в

Дж м2

или

Н м

),

называемый коэффициентом поверхностного натяжения.

σ =

А ∆S

или

σ =

F ℓ

(2)

где F – сила поверхностного натяжения, ℓ - длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определить различными методами: методом отрыва капель, методом подъема жидкости в капиллярах.

Мы воспользуемся методом отрыва капель.

Опыт осуществляется с пипеткой, в которой находится исследуемая жидкость. Добиваются того, чтобы капли медленно капали из пипетки. Перед моментом отрыва капли сила тяжести ее Р = m_кg равна силе поверхностного натяжения. Граница свободной поверхности – окружность шейки капли, следовательно,

mкg = σ ℓ,

(3)

где ℓ = πd _ш.к.

Отсюда:

σ =

mкg πd ш.к

(4)

20

Опыт показывает, что

d _ш.к. = 0,9 d_п (5)

где d_п – диаметр канала пипетки.

4. Ход работы

1. Измерить диаметр канала узкого конца пипетки. Для этого ввести до упора в канал пипетки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром повторить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол.

Если результаты измерений будут различаться, взять их среднее значение.

2. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

3. Наполнить пипетку водой.

4. Подставить под пипетку сосуд, плавно, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

5. Под пипетку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 80-100 капель.

6. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

7. Результаты измерений записать в таблицу 6.1

Таблица 6.1. Измеряемые и вычисляемые величины

Масса			Число капель n	Диаметр канала бюретки dδ, м	Коэффициент поверхностного натяжения σ, н/м	Табличное значение коэффициента поверхностного натяжения, σ, н/м	Относительная погрешность, σ, %	Абсолютная погрешность, ∆σ , н/м
Пустого сосуда, кг m1	Сосуда с каплями, кг, m2	Капель, кг, m

8. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения по формуле

σ =

m g n π 0,9dп

(6)

9. Сравнить полученный результат с табличными значениями σ_т с учетом температуры.

10. Вычислить относительную и абсолютную погрешности методом оценки результатов измерений, если:

∆m = ± 0,00001 кг

∆d = ± 0,00001 м

21

δσ = (

∆m m

+

∆d d

) 100 %

(7)

где δ σ - относительная погрешность

Абсолютная погрешность:

∆ σ =

δ σ  σ 100 %

(8)

11. Результаты вычислений занести в таблицу 6.1.

5. Контрольные вопросы

1. Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры?

3. В двух одинаковых пробирках находится одинаковое количество капель воды. В одной пробирке вода чистая, в другой – с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель? Ответ обоснуйте.

4. Изменится ли результат вычислений σ, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Изменится ли результат вычислений σ, если диаметр канала трубки будет меньше?

6. Если в пипетку налить подогретой воды, как изменится масса одной капли? Почему?

6. Содержание отчета

1. Название лабораторной работы

2. Цель работы

3. Оборудование

4. Расчетные формулы

5. Таблицы

6. Вывод

22