Лабораторна робота №3 Визначення коефіцієнта поверхневого натягу води.

Мета роботи: 1. Поглибити знання будови та властивостей рідин.

2. Зміцніти і розширити теоретичні відомості поверхневого натягу рідини.

3. Експериментально визначити коефіцієнт поверхневого натягу води.

Обладнання:

1. Терези

2. Штатив

З. Крапельниця

4. Посудини

5. Досліджувана рідина (вода).

Короткі теоретичні відомості:

Р ідина має щільну упаковку молекул, внаслідок чого значною мірою діють сили молекулярної взаємодії.

Одночасно молекула, яка знаходиться в поверхневому шарі, і молекула, яка розташована всередині рідини, знаходяться в різних умовах: на останню діють сили взаємодії зі сторони навколишніх молекул, та рівнодійна дорівнює нулю. На молекулу в поверхньовому шарі діють оточуючі її молекули тільки з одієї сторони, наприклад, знизу (мал. 1), а зверху молекул рідини немає. Таким чином рівнодійна сила не може бути ріна нулю і направлена завжди всередину рідини.

Мал.. 1

На кожну молекулу поверхневого шару рідини діє сила, яка намагається втянути її всередину рідини. Тому чим більша довжина контуру поверхні, тим більше молекул і тим більша сила поверхневого натягу

або

де α - коефіцієнт поверхневого натягу, який залежить від роду рідини , від наявності домішок та від температури.

Якщо є сили взаємодії, є потенціальна енергія. Кожна молекула поверхневого шару має запас потенціальної енергії, а їх сумарна енергія - енергія поверхневого шару або поверхнева енергія. Рідина завжди прагне до зменшення поверхневої енергії, т.щ. прагне мати найменше число молекул в поверхневому шарі.

Т ому поверхня рідини поводить себе як розтягнута гумова плівка. Якщо ми збільшимо поверхню рідини на ∆S, то ми виконаємо роботу А , яка іде на збільшення енергії поверхневого шару , тому

або

Опис установки та методики вимірювань

В основі роботи лежить метод відриву крапель, витікаючи з крапельниці, закріпленої на штативі (мал. 2). В момент відриву краплі її сила тяжіння дорівнює силі поверхневого натягу , яка діє по всій довжині кола шийки краплі 1, яка менша за довжину кола трубки крапельниці.

,

де D – внутрішній діаметр трубки.

Т аким чином

або , звідки

Для більш точного визначення маси m однієї краплі в попередньо зважений посуд пропускаємо N крапель і важимо посуд з рідиною. Тоді маса однієї краплі

де m1 та m2 - відповідно маси сухого посуду і посуду з рідиною.

Тоді розрахункова формула приймає такий вигляд

мал.2 Порядок виконання роботи

.

1. Визначити масу m1 основного сухого посуду, зваженого на терезах.

2. Установити крапельницю вертикально на висоті, яка зручна для падіння крапель в допоміжний посуд.

3. Відрегулювати затиск так, щоб краплі падали одна за другою з інтервалом, зручним для рахування

4. Після падіння чергової краплини швидко змінити посуд та почати відлік крапель, що падають до основного посуду.

5. Після відліку N крапель (N=100) швидко замінити посуд та затиснути затиск крапельниці.

б. Зважити, визначаючи масу m 2 основного посуду з рідиною.

7. Вимірюють діаметр трубки крапельниці D .

8. Рахують коефіцієнт поверхневого натягу й порівнюють отримане значення з табличним

9. Розрахувати відносну похибку вимірювань