Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
622.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
3.04 Mб
Скачать

кривизной поверхности, направленное всегда в сторону вогнутой поверхности.

Величина добавочного давления над произвольной поверхностью вычисляется по формуле Лапласа

Ap=±aU +i"

где R| и R2 - радиусы кривизны поверхностного слоя. Если поверхность сферическая, то R\=R2и

Др = ± ^ ,

где R - радиус кривизны поверхности.

Этим добавочным давлением, т. е. давлением, обусловленным кривизной мениска, вызываются явления поднятия (а в случае несмачивающей жидкости - опускания) жидкости в капиллярах. Жидкость поднимается или опускается в капилляре до тех пор, пока добавочное давление не сравняется с гидростатическим давлением поднявшегося или опустившегося столба жидкости (рис. 2).

Если считать, что жидкость полностью смачивает поверхность трубки, то радиус кривизны мениска R совпадает с внутренним радиусом трубки г.

По равенству добавочного и гидростатического давлений можно написать:

 

Ар = — = Pgh,

(2)

где р - плотность жидкости, h - высота ее поднятия, g - ускорение силы тяжести.

Из равенства (2) определяем коэффициент поверхностного натяжения:

a = r_pgh

( 3)

2

Капиллярные явления приходится учитывать в строительном деле, так как многие строительные материалы (песок, известь, бетон), керамические изделия, пористая глина, неглазированный фарфор пронизаны капиллярными ходами, по которым может проникать влага в помещения. Если твердое пористое гигроскопическое тело, содержащее влагу в капиллярах, начнет высыхать, то лишь часть капилляров окажется заполненной жидкостью. Возникающие вследствие этого капиллярные силы могут быть столь значительны, что это приведет к заметному сжатию твердого тела. Таков, повидимому, механизм усадки бетона при высыхании.

Описание установки

Катетометр - прибор, служащий для измерения вертикальных расстояний, недоступных для непосредственного измерения.

стся по колонке на шарикоподшипниках, установленных под углом 120°. Грубое перемещение каретки по вертикали производится от руки при открепленном винте 11 (см. рис. 3), точнее - с помощью микрометрического винта 12 при закрепленном винте 11.

Зрительная труба имеет фокусирующую линзу, с помощью которой осуществляется наводка на резкость изображения выбранных точек измеряемого объекта. Фокусирующая линза перемещается вращением маховичка 13. Внизу на тубусе зрительной трубы жестко укреплен высокоточный цилиндрический уровень 14. Уровень согласован с визирной осью зрительной трубы так, что при совмещении изображений концов пузырька уровня, как показано на рис. 4, визирная ось принимает строго горизонтальное положение. Установка зрительной трубы в вертикальной плоскости по уровню производится микрометрическим винтом 15 (см. рис. 3).

Наводка на резкость изображений масштабной сетки, штрихов шкапы, измеряемого объекта и пузырька уровня, наблюдаемых в одном поле зрения, производится окуляром 16.

Сменные насадочные линзы, позволяющие вести наблюдение объекта, расположенного на расстоянии 280-1810 мм до защитного стекла зрительной трубы, помещены в револьверном диске. Перемещение диска производится

от руки при

оттянутом

фиксаторе 17 (см. рис. 3). На револьверном диске

указаны расстояния, на которые рассчитаны линзы.

 

 

 

Порядок выполнения работы

 

 

 

Задание 1. Определение диаметра кашпляра1

1.

Навести катетометр на сечение капилляра. При этом в поле зрения

окуляра должно быть видно внутреннее сечение капиллярной трубки.

Установить

зрительную трубу

в

вертикальное положение винтами 7

(см. рис. 3). Произвести фокусировку изображения маховичком 13. Включить

освещение шкалы катетометра. Сфокусировать изображение шкалы

окуляром

16.

Внимательно

рассмотреть

 

отсчетное устройство (рис. 5). Слева видны

 

цифры с горизонтальными штрихами - это

 

миллиметровая шкала в увеличенном виде.

 

Цена деления

шкалы

1 мм. Шкала

может

 

перемещаться

относительно

нониуса

 

(движения шкалы можно заметить, если

 

сдвинуть

 

каретку

вдоль

колонки).

 

Масштабная сетка разделена на десять

 

наклонных черных полос. Высота каждой

 

полоски

0,1 мм. Пересечение

сетки со

 

штрихами миллиметровой шкалы и дает

Рис. 5. Отсчетное устройство

определенный

отсчет.

На рис. 5

штрих

миллиметровой шкалы с индексом 162 пересекает третью наклонную полосу сетки. Можно записать предварительный отсчет 162,2 мм. Сколько отсекается сотых долей мм (десятых долей полоски) от третьей полосы, показывает пересечение штриха с одной из вертикальных нитей нониуса. В нашем примере это вторая нить. Таким образом, окончательный отсчет равен 162,21 мм. Это значит, что высота исследуемой точки рассматриваемого предмета относительно начала миллиметровой шкалы равна 162,21 мм.

2.Снять отсчет а| для верхней точки внутреннего сечения капилляра.

3.Переместить каретку и снять отсчет а2 для нижней точки сечения капилляра.

4.Повторить измерения 5-7 раз и записать в табл. 1.

Таблица 1

№ Д|, мм а2, мм D( = а\ - а2 D, - <£» (Z), - <D>)2 1 2 3

I < >

5. Рассчитать погрешность измерения D методом Стьюдента:

ДГ) = /

y ( D r < D > f

-----------------я(я-1)

“' 1

и записать ответ в виде D = <D> ± AD при а =

Задание 2. Определение коэффициента поверхностного натяжения при комнатной температуре

1.Навести катетометр на мениск в капиллярной трубке.

2.Снять отсчет а| для мениска в капилляре. Поскольку в окуляре видно перевернутое изображение вогнутого мениска, то при измерениях визирная линия должна касаться "вершины" мениска.

3.Переместив каретку, настроить окуляр на поверхность жидкости в сосуде, сфокусировать изображение. Визирную линию совместить с верхней границей уровня по той же причине. Произвести отсчет а2 для уровня жидкости в сосуде.

4.Повторить опыт 5-7 раз и занести в табл. 2.

5.Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения по формуле

ре< h >< D >

<а >= — -------------- ,

4 где р - плотность воды при комнатной температуре (табл. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

ЯI, мм

аз, мм

hi = ci\ -

а2

 

И, - <//>

(hj - <Л>/

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

< >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

 

/. °с

р-10**\ кг/м1234

и °с

 

р-10'\ кг/м3

Л °с

р* 10'3, кг/м3

 

 

15

0,99913

25

 

0,99707

 

 

55

0,98573

 

:

16

0,99897

26

 

0,99681

 

 

60

0,98324

 

1

17

0,99880

27

 

0,99654

 

 

65

0,98059

 

 

18

0,99862

28

 

0,99626

 

 

70

0,97781

 

 

19

0,99843

29

0,99597

 

 

75

0,97489

 

!

20

0,99823

30

 

0,99567

 

 

80

0,97183

 

;

21

0,99802

35

 

0,99406

 

 

85

0,96865

 

;

2 2

0,99780

40

 

0,99224

 

 

90

0,96534

 

 

23

0,99756

45

 

0,99025

 

 

100

0,95838

i

:

24

0,99732

50

 

0,98807

 

 

 

 

 

 

6. Рассчитать погрешность измерения ст методом Стьюдента.

 

 

 

 

■г*

-=1V v"^Т+И< 0 > j

г

Т,{— Т+(~ 1

 

 

 

Да = е„ < а >,

е

 

 

 

^ < g > J

i < p > j

 

 

 

 

 

 

 

V< A > J

 

Записать ответ в виде а = <а> ± Да при а = ... .

Задание 3. Исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры

1. Включить плитку и, доведя температуру воды в сосуде до 80°С, плитку отключить.

2. Начиная с 80 °Q через 20° снять отсчеты а\ и ai и занести в табл. 4.

3. Рассчитать значения коэффициента поверхностного натяжения воды а по формуле (4) с учетом зависимости р(/°) (см. табл. 3), построить график

о(/°).

4. Сравнить полученные результаты с приведенными в табл. 5.

/, °с № аи мм 0 2, мм <ai>

801

2

3

601

2

3

401

2

3

и °с

ст-10\Н/м

0

75,49

5

74,75

10

74,01

15

73,26

20

72,53

25

71,78

30

71,03

35

70,29

40

69,54

<а2>

оО 45 50 55 60 65 70 75 80

Таблица 4

h=<a\> - <а2> а

Таблица 5

ст-103, Н/м 68,6 67,8 66,9 66,0 65,1 64,2 63,3 62,3

Контрольные вопросы

1.Строение жидкостей.

2.Поверхностное натяжение.

3.Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры. Критическая температура.

4.Явления на границе жидкости и твердого тела.

5.Давление под изогнутой поверхностью жидкости.

6.Капиллярные явления.

7.Метод определения коэффициента поверхностного натяжения по высоте поднятия жидкости в капиллярных трубках.

При подготовке к выполнению работы использовать учебник И.В. Савельева Курс общей физики: Учеб.: В 3-х т. М.: Наука. Т 1: Механика. Молекулярная физика, 1989.

352 с.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]