1.3.5. Измерение поверхностного натяжения сталагмометром

Этот метод определения поверхностного натяжения жидкости основан на измерении количества капель жидкости, которое получается при опорожнении емкости заданного объёма W через капилляр. В момент отрыва капли жидкости от капилляра сила поверхностного натяжения F = σl (где: l – длина линии, ограничивающей поверхность раздела капли и капилляра) равна её весу G = W_кρg (где: W_к = W/n – объём капли) или

σl = Wρg/n

откуда

σ = Kρ/n

где: K – постоянная прибора (приведена на устройстве № 1 )

В ходе работы выполнить следующие операции.

1. Перевернуть устройство № 1 и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объёма высотой S между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель n.

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения σ = Kρ/n и сравнить его с табличным значением σ^* (см. табл. 1.1.). Данные свести в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Вид жидкости	K, м3/с2	ρ, кг/м3	n, шт	σ 103 Н/м	σ* 103 Н/м
М-10

Работа 2измерение гидростатического давления и экспериментальное подтверждение закона паскаля

Цель работы:

1. Освоить технику измерения давления в жидкости с помощью пружинных манометров.

2. Подтвердить на основании опытных данных закон Паскаля.

3. Построить по данным опытов в масштабе эпюру манометрического давления по глубине .

2.1 Общие сведения

Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил,

, (2.1)

где ΔР- элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н;

Δω- элементарная площадка действия, м².

Из формулы (2.1) видно, что гидростатическое давление есть предел отношения элементарной гидростатической силы ΔР к элементарной площади действия Δω, когда последняя стремится к нулю.

За единицу гидростатического давления принято равномерно распределённое давление, создаваемое силой в 1 Н на площади в 1 м², т.е. (один Паскаль).

Гидростатическое давление, отсчитываемое от нуля, называют абсолютным ( ), по своему физическому смыслу это нормальное сжимающее напряжение в данной точке жидкости. Гидростатическое давление, отсчитываемое от атмосферного давления ( ) называют избыточным ( ) или манометрическим (р_ман), следовательно,

р_ман = (2.2)

Величину нормального атмосферного давления считают равной 101325 Па.

Если < , то величину гидростатического давления часто оценивают вакуумметрическим давлением (р_вак), определяемым как недостаток абсолютного давления до атмосферного, т.е.:

р_вак = р_ат - р_абс. (2.3)

Сравнивая формулы (3.2) и (3.3), можно видеть, что:

Р_вак = - р_изб, (2.4)

т.е. вакуумметрическое давление есть отрицательное избыточное давление.

Приборы, применяемые для измерения , р_атм и р_вак называют соответственно манометрами, барометрами и вакуумметрами.

По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические.

Жидкостный открытый манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.

Манометрическое давление, выраженное через показания манометра, равно:

, (2.5)

где - объемный вес жидкости;

- пьезометрическая высота, т.е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.

Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Заметим, что пружинный манометр показывает давление в точке жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если высотное положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра не совпадает (рисунок 2.1), в показание манометра ( ) вводят поправку ( ).

Для случая, изображённого на рисунке 2.1

, (2.6)

где - превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, м.

В данной лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.

Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления по глубине (рисунок 2.2) описывается основным уравнением гидростатики:

, (2.6)

где - гидростатическое давление в жидкости на глубине , Па;

- внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па;

- глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м;

- весовое давление, т.е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости, Па.

Из уравнения (2.6) видно, что при и давление с изменением величины изменяется по линейному закону (рисунок 2.2). Вычислив по уравнению давление в двух точках, заглублённых на разную величину , можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления (рисунок 2.2).

Из уравнения (2.7) следует, что внешнее давление в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма без изменения (рисунок 2.2). Это следствие, вытекающее из уравнения (2.6), называют законом Паскаля. Справедливость этого закона предстоит проверить опытным путём в данной работе.

Рисунок 2.1 - Схема установки для экспериментального

подтверждения закона Паскаля:

1 – металлическая колонна;

2 – водомерное стекло;

3 – мерная шкала в метрах;

4 – механический манометр и его шкала в кПа;

5 – воздушный компрессор.