Молекулярная физика (2 семестр) Кл. / Лаб.№8 / Лабораторная работа №8

Бланк лабораторной работы

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕСИТЕТ

Кольский филиал

ФИО: Климов Андрей Александрович							Наименование лабораторной работы: Лабораторная работа № 8 Определение поверхностного натяжения по отрыву капель
Факультет: Физико-энергетический
Курс, группа: 1курс, 1 группа							Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения α для воды: 1) на границе с воздухом; 2) на границе со скипидаром.
Этап работы	Оценка	Дата	Преподаватель
Допуск
Окончание					Принадлежности: установка, стаканчик для сбора капель, измерительный микроскоп
Итоговая оценка

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

На каждую молекулу жидкости со стороны окружающих молекул действуют силы притяжения, убывающие с расстоянием. Расстояние, на котором этими силами можно пренебречь (порядка м), называется радиусом молекулярного действия r, а сфера радиуса r – сфера молекулярного действия.

Выделим молекулу А, находящуюся внутри жидкости. Силы, с которыми другие молекулы (находящиеся внутри сферы молекулярного действия) воздействуют на данную, направлены в разные стороны и в среднем скомпенсированы, поэтому результирующая сила равна нулю.

Иначе обстоит дело, когда молекула Б расположена от поверхности на расстоянии, меньшем r. Так как концентрация молекул в расположенном над поверхностью жидкости газе мала, по сравнению с их концентрацией в жидкости, то равнодействующая сил, приложенной к каждой молекуле поверхностного слоя не равна нулю и направлена внутрь жидкости.

Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой нужно затратить работу. Эта работа совершается за счёт уменьшения кинетической энергии и идёт на увеличение её потенциальной энергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия - поверхностная энергия или свободная энергия поверхности – пропорциональна площади слоя :

где α – коэффициент поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе, которую надо совершить, чтобы изотермокинетически образовать единицу площади поверхности при неизменном объёме жидкости.

Коэффициент α зависит от природы граничащих сред, их состояния и температуры. Единица измерения в СИ – Дж/.

Жидкость в отсутствии внешних сил, из-за действия сил межмолекулярного притяжения на молекулы поверхностного слоя, принимает форму шара, а в других условиях она стремится принять форму с наименьшей площадью поверхности. Поэтому поверхностное натяжение можно рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданном объёме жидкости.

Метод определения:

Пусть жидкость из трубки вытекает по каплям. Непосредственно перед отрывом капля висит на шейке, форму которой можно приблизительно считать цилиндрической.

На каплю действуют три силы: сила Архимеда , сила тяжести P, и сила поверхностного натяжения F. Работа сил поверхностного натяжения:

С другой стороны:

Значит сила поверхностного натяжения:

В момент отрыва капля находится в равновесии, поэтому:

Так как: , где - плотность граничащей среды, - плотность воды, то:

Значит коэффициент поверхностного натяжения равен: