Тема: «Визначення коефіцієнта поверхневого натягу».
Мета роботи: виміряти коефіцієнт поверхневого натягу даної рідини методом відриву крапель; спостереження явищ змочування і капілярності, вивчення їх ролі в медицині.
Обладнання: бюретка, скляний посуд, рідина, капіляр, штатив.
Теоретичні відомості.
Розглянемо дві молекули рідини:
Перша в середині рідини, вона симетрично оточена іншими молекулами, тому рівнодіюча сила з боку сусідніх молекул коливається біля нуля;
2) друга – молекула на поверхні (шар товщею 10-9м), для неї симетрія порушується, так як над нею знаходиться газ, молекули якого практично не притягують цю молекулу, тому рівнодіюча сила спрямована вглиб рідини.
Так як молекули рідини вільно рухаються, то на поверхні залишається мінімально можлива кількість молекул.
Таким чином з описаних особливостей поверхневого шару рідини витікає, що рідина завжди приймає форму з найменшою площею її вільної поверхні (вільна поверхня – це поверхня, яка межує з газом або парою).
Властивість
рідини скорочувати свою вільну поверхню
є причиною виникнення так званої сили
поверхневого натягу, яку можна спостерігати
в такому досліді:
візьмемо
дротяну рамку з прив’язаною посередині
ниткою:
Fн Fпр
Опустимо
рамку в мильний розчин і утворимо на
ній плівку. Розірвемо плівку з одного
боку від нитки і побачимо, що частина
плівки з іншого боку скоротить свою
вільну поверхню і натягне нитку:
В даному досліді сила пружності нитки Fпр врівноважується
силою поверхневого натягу Fн.
Озн. Силою поверхневого натягу називається сила, що виникає на межі вільної поверхні рідини, спрямована перпендикулярно межі, по дотичній до вільної поверхні в бік рідини.
Дослідно отримана формула сили поверхневого натягу: Fн = бI,
Де I – довжина межі вільної поверхні рідини, б – коефіцієнт поверхневого натягу рідини.
То σ = F/І,
[б]
=
Фізичний смисл коефіцієнта : кількісно дорівнює силі поверхневого натягу, яка діє на кожну одиницю довжини межі.
Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від роду рідини, температури і домішок.
При зростанні температури коефіцієнт зменшується і при критичній температурі стає рівним нулю (т.я. зникає вільна поверхня рідини). Домішки по різному змінюють повеневий натяг (так іноді називають коефіцієнт): цукор збільшує поверхневий натяг води, а сіль зменшує.
Озн. Речовини, що зменшують поверхневий натяг рідини, називаються поверхнево активними.
Такою речовиною є мильний розчин, спирт тощо.
Цікаве застосування поверхнево – активних речовин при лікуванні газової емболії.
Г
р л р кр.
азова емболія – це виникнення в кровоносних судинах бульбашок при травмах судин або некваліфікованому введені ліків. Бульбашки газу можуть виникнути в крові при раптовому зниженні зовнішнього тиску: таке явище – кесонна хвороба – виникає при швидкому підніманні водолаза з великих глибин (чим більше зовнішній тиск, тим більше розчинність газів в рідині, зокрема, у крові). Бульбашка в кровоносній судині має два меніска (викривлення), але під дією артеріального тиску один з менісків майже плоский, а другий – сильно викривлений.
рл ркр
У викривленому меніску виникає так званий лапласівський тиск рл,т. я. викривлена поверхня як би намагається випрямитися (рідина скорочує свою вільну поверхню). Цей тиск стає рівним тиску крові ркр. і бульбашка зупиняється, закупоривши судини. Найбільш вірогідно це в місцях розгалуження судин .
Щоб усунути закупорку, потрібно зменшити лапласівський тиск, формула якого:
рл
де
R
– радіус викривлення.
З цією метою в кров уводять поверхнево - активну речовину – суспензію камфори. Вона зменшує коефіцієнт поверхневого натягу б, а значить, і лапласівський тиск, бульбашка починає рухатись вздовж судини, а газ поступово з неї дифундує в оточуюче середовище.
Практичні завдання.
1.Є декілька методів визначення коефіцієнта поверхневого натягу.
Найпростіший з них – метод відриву крапель.
Заповнимо бюретку водою й відрегулюємо швидкість витікання води так, щоб вона витікала окремими краплями. На краплю діють сила тяжіння Т і рівнодійна сил поверхневого натягу F. Сили поверхневого натягу діють уздовж контура (периметра бюретки), що обмежує поверхню витікаючої краплі (перемалюйте малюнок 93, ст.. 130 з підручника А.Ф. Шевченка «Основи медичної і біологічної фізики»).
Сили поверхневого натягу утримують краплю рідини доти,
доки F більше за модулем від Т. Крапля відривається від бюретки в той момент, коли F Т. Довжина кола бюретки, яке обмежує поверхню краплі, L= πd, де d – діаметр бюретки. Знаючи формули для F і Т, виведіть самостійно формулу для знаходження коефіцієнта поверхневого натягу σ (див. ст. 130 названого підручника).
Масу краплі можна визначи так: підрахувати кількість крапель в 5 мл води (можна взяти інший об’єм), а потім поділити масу цієї води (вона дорівнює 5г) на кількість крапель.
2. Проведіть спостереження явищ змочування і капілярності:
А) опустіть скляний капіляр у сосуд з водою, замалюйте картину, яку ви побачите (воду можна трохи підфарбовувати);
Б) спостерігайте явище змочування, наливши води в скляний сосуд, замалюйте.