Описание установки и принцип измерений.

Определение коэффициента поверхностного натяжения в данной работе основано на использовании явления капиллярности, которое выражается в подъеме или опускании жидкости в капилляре на высоту, определенную формулой (6), из которой для коэффициента поверхностного натяжения можно получить выражение:

, (7)

где h - высота жидкости в капилляре радиуса r,  - плотность жидкости, - краевой угол смачивания.

Из величин входящих в формулу (7) , труднее всего практически определить угол смачивания. Однако, если жидкостью является вода, а капилляр - стеклянный, то краевой уголблизок к нулю, тогда формула (7) примет вид:

, (8)

Измерив с помощью измерительного микроскопа высоту поднятия жидкости h в капилляре и радиус капилляра r , легко вычислить . Однако при измерении высоты h из-за искривления плоской поверхности жидкости вблизи погруженного капилляра затрудняется снятие нулевого отсчета. Чтобы устранить это затруднение, в сосуд с водой погружают два капилляра разного радиуса, высоты поднятия жидкостей в них определяются из соотношений и, вычитая из одной высоты другую, получим:

,

откуда (9)

Теперь в формулу (9) входит разность высот h поднятия жидкостей в двух капиллярах, которая легко определяется с помощью измерительного микроскопа.

Порядок выполнения работы.

1. Расположите капилляры в держателе штатива так, чтобы они заняли горизонтальное положение торцом к объекту микроскопа. Измерьте диаметр капилляров. Для этого визирную линию объектива микроскопа (рис.6) наведите на изображение внутреннего сечения каждого капилляра так, чтобы она сначала была касательной к этому сечению в верхней точке, а затем - в нижней (или) наоборот, Разность этих отсчетов N₁ и N₂ будет равна диаметру капилляра. Измерения повторите пять раз, данные занесите в таблицу1.

2. Поставьте капилляры а вертикальное положение, погрузите их в сосуд с водой, слегка поворачивая в держателе вокруг собственной оси, как бы ввинчивая в жидкость (такое движение необходимо для того, чтобы жидкость смачивала внутреннюю поверхность капилляра).

3. Для измерения величины h (рис. 7а), сделайте отсчеты величин N₁ и N₂ по горизонтальному микроскопу, дающему перевернутое изображение капилляров (рис. 7б), при этом не менее трех раз фиксируйте положение нижней границы мениска воды в каждом капилляре. Разность отсчетов N₁ и N₂ будет равна разности h уровней воды, поднявшейся по капилляру. Полученные данные запишите в таблицу1.

4. По формуле (9) рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения, подставляя средние значения измеренных величин.

5. Рассчитайте приборную погрешность в определении коэффициента поверхностного натяжения используя формулу:

, (10)

где абсолютные погрешности  и g - вычислите по правилам рассчета погрешностей для табличных данных, абсолютные погрешности r₁ и r₂ считайте равными приборной погрешности измерительного микроскопа.

Из анализа (10) видно, что погрешность  будет тем меньше, чем значительнее различаются радиусы капилляров.

Таблица 1.

Капилляр №1

Капилляр №2

№№ п/п

N1, м

N2, м

d1= N1- N2 м

r1= d1/2 м

N1, м

N1, м

N2, м

d2= N1- N2 м

r2= d2/2 м

N2, м

h= N1-N2 м

, ф-ла (9) Н/м

1.

…

5.

Ср. знач.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Контрольные вопросы для допуска к работе.

1. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения?

2. В каких единицах измеряется коэффициент поверхностного натяжения?

3. Почему над искривленной поверхностью появляется добавочное давление?

4. Почему около стенки сосуда, в который налита жидкость, появляются мениски?

5. Что такое смачивающая и несмачивающая жидкость?

6. В каком случае и почему жидкость поднимается или опускается по капилляру?

7. Сущность формулы Лапласа.

8. Сущность данного метода определения коэффициента поверхностного натяжения.

Контрольные вопросы для защиты работы.

1. Явление поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения.

2. Вывод формулы Лапласа.

3. Явления на границе жидкости твердого тела.

4. Капиллярность. Вывод рабочей формулы (9).

5. Вывод формулы (10) для расчета погрешности.

6. Анализ полученных результатов.

Список литературы для самостоятельной подготовки.

1. И.В.Савельев. “Курс общей физики”, книга 3, М., Наука, 1998.

2. Б.М.Яворский, А.А,Детлаф. “Справочное руководство по физике”, М., Наука, 1984.