2. Метод отрыва кольца
Для измерения КПН данным методом используется установка, изображенная на рис. 5а.
К пружине динамометра или коромыслу торзионных весов подвешено кольцо, которое нижней частью касается жидкости. В результате смачивания стенок кольца жидкости, создаются две границы свободной поверхности жидкости: внутренняя l2и внешняяl1(см. рис. 5б).
а б
Рисунок 5. Установка для измерения КПН методом отрыва кольца
Будем плавно тянуть пружину с кольцом вверх. Жидкость, сцепившись с кольцом в результате его смачивания, будет удерживать кольцо, пока сила упругости пружины не превысит силы сцепления между молекулами поверхностного слоя жидкости. Пружина разрывает поверхностный слой, при этом разрывающее усилие Fбудет равно силе поверхностного натяжения, приложенной к внешнему и внутреннему контурам кольца.
Сила поверхностного натяжения будет равна:
(9)
D1 и D2 – внешний и внутренний диаметры кольца, соответственно.
Обозначим толщину кольца h, тогдаD2 = D1 – 2h.
Следовательно:
(10)
Отсюда
(11)
F– измеряется динамометром или торзионными весами, аD1 иh микрометром или штангенциркулем.
3. Метод определения кпн. По высоте поднятия жидкости в капилляре
Этот метод основан на использовании формулы Жюрена для определения высоты поднятия жидкости в капилляре, которая записывается в следующем виде:
;
(12)
где r– радиус капилляра,
-
краевой угол.
В
частности для жидкости, которая полностью
смачивает стенки капилляра и для которой,
следовательно,
= 0,cos
=1
Имеем
(13)
Или
(14)
Таким образом, измерив hиr,мы можем определить КПН исследуемой жидкости.
Выполнение работы
Упражнение 1.Определение КПН методом отрыва капель
При определении КПН методом отрыва капель используется метод сравнения КПН исследуемой жидкости с КПН эталонной жидкости, например, воды, для которой величина КПН известна (см. табл. 2).
Порядок выполнения:
Промыть бюретку водой.
Заполнив бюретку дистиллированной водой в объеме 10-12 мл и осторожно поворачивая рукоятку крана, добиться раздельного падения капель воды во флакон, расположенный под краном. При этом частота падения капель должна быть невелика для уверенного счета отдельных капель.
Пользуясь мерными делениями бюретки подсчитать число капель в выбранном вами объеме воды (2-3 мл). Повторить пункт “3” не менее 3-х раз, обращая особое внимание на постоянство объемов вытекающей воды.
Полученные данные занести в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты измерений и вычислений
|
п/п |
Вода |
Р-р спирта 10% |
Р-р спирта 20% |
Р-р спирта 30% | ||||
|
|
0=998,2 кг/м3 |
1=982,4 кг/м3 |
2=969,6 кг/м3 |
3=935,7 кг/м3 | ||||
|
|
n0 |
0 |
n1 |
1 |
n2 |
2 |
n3 |
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ср. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Выполнить пункты 2-4 для водных растворов спирта, начиная с раствора наименьшей концентрации, соблюдая постоянство выбранного объема.
По средним значениям полученных результатов определить КПН для всех исследуемых растворов по формуле:
,
i=1 или 2 или 3.
Найти погрешность измерений по формулам:
,
.
Окончательные результаты записать в виде:
.Построить график зависимости КПН от концентрации растворов.
Упражнение 2.Определение КПН по высоте поднятия жидкости в капилляре
Измерить высоту поднятия жидкости в капилляре (капилляр опущен в подкрашенную жидкость в пробирке).
Используя формулу Жюрена найти КПН исследуемой жидкости:
,
где h– высота поднятия жидкости в капилляре,
r– радиус капилляра (для данной установкиr=(0,80001) мм),
- плотность жидкости (=1*103 кг/м3),
g– ускорение свободного падения,
- краевой угол, при полном смачивании = 0,cos = 1.
Произвести расчет погрешности по формулам:
,
r= 0,01 мм,h= 0,5 мм – половина цены деления измерительного прибора.
Ответ записать в виде:
.
Таблица 2