Порядок виконання роботи

1. Помітити початкове положення меніска води в бюретці .

2. Поволі відкриваючи кран, вилити 100 капель, і записати кінцеву висоту води – .

3. Знайти об’єм каплі і перевести її об’єм в СІ.

4. Навести мікроскоп на каплю, виміряти діаметр шийки каплі в момент відриву в поділках мікроскопа. Знайти радіус шийки , де – ціна поділки мікроскопа (величина – задана на мікроскопі), – число поділок мікроскопа.

5. Підставити всі величини в робочу формулу (5) в системі СІ і обчислити .

6. Дані вимірювань записати в таблицю 1 і знайти середнє значення .

7. Записати кінцевий результат у вигляді .

Таблиця 1.

№ п/п
1
2
3
ср.

Контрольні питання

1. Формула сили поверхневого натягу.

2. Чому рівна робота при збільшенні поверхні рідини?

3. Робоча формула для визначення коефіцієнта поверхневого натягу.

4. Одиниці вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу.

5. Як змінюється сила поверхневого натягу при зміні температури?

6. Який напрям має сила поверхневого натягу?

7. Графік залежності сил молекулярного притягання від віддалі .

8. Графік залежності .

9. Графік залежності рівнодійної сил взаємодії від відстані між молекулами рідини.

10. Чому при відсутності зовнішніх сил капля рідини приймає форму кулі?

№ 17. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ МЕТОДОМ ПІДНЯТТЯ РІДИНИ В КАПІЛЯРАХ

МЕТА РОБОТИ:	Обчислити коефіцієнт поверхневого натягу води.
ОБЛАДНАННЯ:	1. Набір капілярних трубок діаметром 0,2 – 1 мм. 2. Тримач капілярних трубок. 3. Вимірювальний мікроскоп. 4. Посудина з водою. 5 Термометр.

Теоретичні відомості

Вільна поверхня тіл на межі фаз є причиною особливого типу явищ, так званих поверхневих явищ. Молекули поверхневого шару перебувають в особливому енергетичному стані порівняно з молекулами в середині об’єму рідини. Справді, щоб перевести молекули рідини з її об’єму на поверхню (для збільшення поверхні рідини), потрібно виконати роботу проти сил внутрішнього тиску. В стані стійкої рівноваги надлишкова поверхнева потенціальна енергія рідини має бути мінімальною. Тому рідина, на яку не діють зовнішні сили, при умові її практичної нестисливості повинна набирати форми сфери. Отже, сили поверхневого шару повинні зумовлювати тенденцію рідини зменшувати свою поверхню. Зрозуміло, що ці сили мають бути напрямленими по дотичних до поверхні плівки.

У природі часто зустрічаються пористі тіла, об’єм яких пронизаний великою кількістю дрібних каналів. Таку будову мають папір, шкіра, дерево, грунт, деякі будівельні матеріали. Вода або інша рідина при попаданні на таке тіло убирається в нього або підіймається на значну висоту. Аналогічні явища можна спостерігати також у дуже вузьких скляних трубках з діаметром біля міліметра і менше, які називаються капілярами. Явища, що зумовлені поверхневим натягом і відбуваються в тонких трубчатих каналах (капілярах), називаються капілярними явищами або капілярністю.

Залежно від того, змочує чи не змочує речовину у капілярних трубках рідина, вона піднімається або опускається (рис.1а, рис.1б).

Рис. 1.

Сили поверхневого натягу приводять до виникнення додаткового тиску , значення якого залежить від радіуса кривизни поверхні (меніска) рідини:

.

де: - коефіцієнт поверхневого натягу; - радіус капіляра.

У випадку змочування або незмочування радіус кривизни меніска збігається з радіусом капіляра.

Рух рідини в капілярі залежить від того, який гідростатичний тиск створює її стовпчик, тобто піднімання або опускання рідини відбувається до того часу, поки додатковий тиск не зрівноважується з гідростатичним тиском стовпчика:

, або .

де: - радіус капіляра;

- густина рідини;

- висота піднімання або опускання рідини в капілярі.

Висоту стовпчика рідини у капілярі визначають за допомогою вимірювального мікроскопа або катетометра.

При визначенні коефіцієнта поверхневого натягу можна користуватись одним капіляром, але для підвищення точності слід брати декілька капілярів (найчстіше три) різного діаметра. У цьому випадку:

.

Звідси випливає:

, , ,

або

, .

Для коефіцієнта поверхневого натягу маємо:

.

Рис. 2.

У даній лабораторній роботі використовують одночасно два капіляри радіусами та (рис. 2). У цьому разі

.

Оскільки , то і робоча формула для визначення коефіцієнта поверхневого натягу матиме вигляд:

. (1)