Часть 1. Метод отрыва кольца
Ход работы
Изучить устройство торсионных весов и правила взвешивания на них.
Установить весы на нулевую отметку.
Определить силу отрыва Fкольца от поверхности жидкости.
(во время работы кольцо не брать пальцами)
Рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды по формуле:
,
где d- диаметр
кольца (указан)
Вывод рабочей формулы
Масса кольца уравновешивается массой чашечки весов. Чтобы оторвать кольцо от поверхности жидкости нужно приложить усилие F большее или равное силе поверхностного натяженияFпн
,
если внутренний и внешний диаметры кольца
примерно равны
(рис.9)
, то
, откуда следует:
Силу F измеряют с помощью торсионных весов
Рис. 9
Таблица для записи результатов измерений
-
№
F
ΔF
d
SF
σ
σизм=σ Δσ
ε
10-5 Н
10-5Н
10-2м
10-3Н/м
10-3Н/м
%
1
2
3
среднее
Расчет погрешности измерений
;
;
;
;
;где
-
коэффициент Стьюдента, приN=3,
,
он равен
;
;
.
Выводы:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Часть 2. Метод счета капель
Ход работы:
Наполнив бюретку дистиллированной водой, подставляют под нее стаканчик и приоткрывают кран так, чтобы из бюретки вытекало не более 30-40 капель в минуту. В тот момент, когда уровень воды в бюретке совпадает с каким либо целым делением ее шкалы, приступают к счету капель.
Определяют число n0капель воды при истечении ее объема в 2-3
.
Такой подсчет производят три раза.Выливают воду из бюретки и наполняют ее исследуемой жидкостью. Поступая точно так же, как и в предыдущем опыте, определяют число капель n исследуемой жидкости при истечении такого же объема жидкости.
Промывают бюретку водопроводной, а затем дистиллированной водой.
Рассчитывают коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости по формуле:
, где
-
плотность исследуемой жидкости,
-
плотность воды, (их берут из таблицы),
-
коэффициент поверхностного натяжения
воды (он получен в первой части работы).
Вывод рабочей формулы
На каплю действуют две силы (рис.10) mg -сила тяжести,F- сила поверхностного натяжения. Отрыв капли происходит,еслиF меньше или равноmg.
,
откуда следует:
- для исследуемой
жидкости,
-
для воды,
где r-радиус капли в месте ее отрыва,
Vk -объем капли исследуемой жидкости,
-
плотность исследуемой жидкости,
Рис.10
Vk0 - объем капли воды.
Разделив полученные выражения одно на другое, после сокращений,
имеем:
, т.к. V =n0
Vk
о=nVk,
гдеVk
- объем одной капли,n,
n0- число
капель исследуемой жидкости и воды
соответственно. Получаем рабочую
формулу:
Таблица для записи результатов измерений
|
Жидкость |
Число капель В 2 мл |
Δn |
Плотность, ρ |
σ |
σизм=σ Δσ |
Табл. знач. | ||
|
|
№ |
|
|
кг/м3 |
10-3Н/м |
10-3Н/м |
10-3Н/м | |
|
Вода |
1 3 |
|
|
995 |
|
|
73,0 | |
|
n1,ср.= |
Δn1,ср. | |||||||
|
Спирт Этиловый |
1 2 3 |
|
|
809
|
|
|
22,3 | |
|
n2,ср.= |
Δn2,ср. | |||||||
Расчет погрешности измерений
;
;
;
;
;
;
Выводы:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные
вопросы преподавателя:
1. Рассказать о свойствах поверхностного слоя жидкости
2. Какова причина возникновения дополнительной потенциальной энергии поверхностного слоя?
3. Дать определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
4. Перечислить параметры, влияющие на величину поверхностного натяжения.
5. Вывести формулу Лапласа.
6. Что собой представляют капиллярные явления?
7. В чем отличия смачивающих и несмачивающих жидкостей?
8. Где в природе встречаются капиллярные явления?
9. Вывести формулу высоты подъема или опускания жидкости в капилляре.
10. Рассказать о методах измерения коэффициента поверхностного натяжения.
11. Дать определение поверхностно-активных веществ и привести примеры их использования
12.Для чего измеряют коэффициент поверхностного натяжения биологических жидкостей?