2. Цель работы

Опытное определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости (воды).

3. Оборудование

1. Капельница на штативе. 2. Сосуд для сбора капель. 3. Весы. 4. Стакан с водой. 5.Разновесы.

4. Основные теоретические сведения

Молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, находятся в иных условиях по сравнению с молекулами внутри жидкости. Каждая из внутренних молекул окружена со всех сторон соседними молекулами и испытывает притяжение во всех направлениях. Молекулы, расположенные вблизи поверхности, испытывают более сильное притяжение со стороны соседних молекул жидкости, по сравнению с притяжением со стороны молекул газа, т.к. концентрация молекул газа намного меньше концентрации молекул жидкости. Поэтому результирующая сил притяжения направлена внутрь жидкости, заставляя молекулу погружаться в жидкость.

Некоторая часть молекул с достаточной кинетической энергией выходит на поверхность. Втягивание молекул во внутрь происходит с большей скоростью, чем их движение к поверхности. Из-за этого поверхность жидкости будет сокращаться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие, т.е. число молекул, уходящих из поверхностного слоя и возвращающихся в него за одно и то же время, не будет одинаковым.

Известно, что из всех тел заданного объёма наименьшей поверхностью обладает шар, поэтому жидкость под действием внутренних сил принимает форму шара.

Для увеличения поверхностности жидкости необходимо совершить работу для выхода молекул из глубины на поверхность.

(1)

где а - работа для вывода 1 молекулы на поверхность,

n – число молекул в 1м² поверхности,

величина называется поверхностным натяжением, тогда

(2)

то есть поверхностное натяжение σ – работа, которую надо совершить, чтобы увеличить поверхность на единицу площади.

Силы, возникающие при сокращении поверхности жидкости, называются силами поверхностного натяжения.

Определим работу, совершаемую при уменьшении поверхности жидкости. для этого «натянем» жидкую пленку на рамку, одна сторона которой – ℓ и может перемещаться:

Под действием постоянной силы поверхностного натяжения F эта сторона будет перемещаться влево, уменьшая поверхность пленки. Работа, совершаемая при этом, равна

(3)

(4)

где - изменение поверхностей пленки с обеих сторон. Сравнивая (6.3) и (6.4), получим

и

(5)

где - сила, действующая с одной стороны плёнки.

Таким образом, поверхностное натяжение численно равно силе, действующей на единицу длины линии, являющейся границей поверхности жидкости. Эта сила направлена перпендикулярно к элементу длины, разграничивающей поверхность жидкости.

Размерность . При нормальных условиях поверхностное натяжение имеет порядок 10^-2 – 10^-1 н/м.

С увеличением температуры поверхностное натяжение жидкости уменьшается, т.к. увеличивается среднее расстояние между молекулами жидкости и силы притяжения ослабевают.

На поверхностное натяжение большое влияние оказывают примеси. Вещества, уменьшающие σ, называются поверхностно активными (ПАВ): нефть, спирт, эфир, мыло.

Некоторые вещества увеличивают поверхностное натяжение жидкости, т.к. их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее, чем молекулы жидкости между собой.

В данной работе коэффициент поверхностного натяжения определяется методом отрыва капель, вытекающих из капельницы. Пока капля мала, она не отрывается, её удерживает сила поверхностного натяжения. Отрыв капли происходит в тот момент, когда сила тяжести, действующая на капли, становится равной равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих по окружности шейки капли.

,

d-диаметр наконечника, диаметр шейки d_ш капли приближенно равен 0,9d, m- масса капли. Отсюда:

(5)

Чтобы определить массу одной капли, необходимо накапать N капель, определить их массу M и разделить на число капель.