Вимірювання поверхневого натягу рідини за методом Ребіндера

На рис. 7.4 показано спрощений прилад для видування бульбашок повітря в рідину. Вузький кінець С трубки ледве торкається поверхні рідини. Якщо натиснути на резинову кулю А то всередині трубки тиск повітря буде більший за атмосферний тиск . Різниця тисків реєструється рідинним манометром В. Зрозуміло, що різниця тисків прямопропорційна величині ( різниці висот рідини в колінах манометра). По мірі збільшення тиску на кінці трубки С з’являється бульбашка повітря, яка проштовхується в рідину.

Рис. 7.4. Зовнішній вигляд пристрою для вимірювання коефіцієнту поверхневого натягу рідин за методом Ребіндера

Поява бульбашки призводить до вигину і збільшення поверхні рідини. Тому, з боку рідини, в місті контакту трубки з рідиною будуть діяти сили поверхневого натягу. Вони протидіють спробам викривити поверхню рідини. Дія сил поверхневого натягу обумовлює додатковий тиск під викривленою поверхнею , який треба подолати, аби проштовхнути бульбашку повітря у рідину.

Відривання бульбашки повітря від кінця трубки С відбувається тоді, коли різниця тисків стане дорівнювати тиску . Величина прямо пропорційна поверхневому натягу рідини .

Оскільки різниця тисків прямо пропорційна різниці висот у колінах манометра , а тиск прямо пропорційний поверхневому натягу, то для моменту відривання бульбашки можна записати

, (5)

де А− коефіцієнт пропорційності, або стала приладу, яка залежить від його конструктивних особливостей.

Для визначення сталої приладу А проводиться дослід з рідиною, поверхневий натяг якої відомий. У лабораторній роботі використовують дистильовану воду. Значення визначається за графіком залежності поверхневого натягу дистильованої води від температури , а відповідні покази манометра визначаються за результатами вимірів.

Для дистильованої води в момент відривання бульбашки

. (6)

Звідки .

Тоді поверхневий натяг досліджуваної рідини можна знайти за формулою:

(7)

Таким чином, для визначення поверхневого натягу рідини за методом Ребіндера необхідно:

1. Визначити за показами манометра значення тиску при якому утворюються бульбашки в рідині з відомим поверхневим натягом .

2. Обчислити сталу приладу за формулою:

(8)

3. Визначити за показами манометра значення тиску при якому утворюються бульбашки в досліджуваній рідині.

4. Обчислити поверхневий натяг рідини за формулою:

(9)

Опис лабораторної установки

У лабораторній роботі, окрім визначення поверхневого натягу рідини при кімнатній температурі, досліджується залежність поверхневого натягу від температури.

На рис. 7.5 показана схема лабораторної установки. Лійка 1 з краном К1 заповнюється водою зі склянки 3. Гумовою трубкою лійка сполучена з аспіратором 2. Кран К2 під час досліду закритий. Внутрішній об’єм аспіратора за допомогою трійника 4 сполучений з манометром 9 і капілярним кінчиком 5. В склянку 6 наливають досліджувану рідину і поміщають у посудину з водою 10, яка знаходиться на електроплитці 8. Це дає можливість змінювати температуру досліджуваної рідини. Температура рідини вимірюється термометром 7. Кінчик капіляра 5 приводять до контакту з рідиною так, щоб він тільки торкався поверхні рідини. Відкривши кран К1, дають можливість воді краплями втікати в аспіратор. Об’єм верхньої частини аспіратора поступово зменшується, а тому тиск повітря, що знаходиться в аспіраторі зростає.

Рис. 7.5. Зовнішній вигляд лабораторної установки

Спостерігається підняття рівня води у трубці манометра 12. Манометр вимірює різницю між тиском в аспіраторі і атмосферним тиском . При певному збільшенні тиску в аспіраторі (коли ) через вузький кінець трубки 5 у рідину в склянці 6 проштовхується бульбашка повітря. В цей момент з манометра знімаються покази величини .