Метод визначення коефіцієнта поверхневого натягу за дапомогою установки Ребіндера

В даній роботі коефіцієнт поверхневого натягу визначають методом відриву повітряних бульбашок за допомогою установки Ребіндера (рис 6.2). Цей метод базується на використанні формули Лапласа.

Рис. 6.2.

Рис. 6.2. (а).

У досліджувану рідину опускають кінчик капіляра так, щоб він торкався поверхні рідини. Якщо з капіляру витискати повітря в рідину, то на кінці капіляра почнуть утворюватися бульбашки, тиск в середині яких буде дорівнювати тиску в капілярі. Бульбашка повітря відірветься від капіляра тоді, коли тиск в капілярі буде більшим за зовнішній тиск рідини на бульбашку, який дорівнює додатковому тиску Лапласа:

. (4)

Тиск р, необхідний для відриву бульбашки від капіляра створюється повільним перетіканням води із посудини 1 в посудину 3, в якій вода, що піднімається вверх, стискує повітря. Величину створеного тиску вимірюють водяним манометром 5.

Манометр – це вимірювальний прилад для визначення тиску рідини та газів.

В момент відриву бульбашки від поверхні рідини реєструється максимальний рівень води в правому коліні манометра. Максимальний гідростатичний тиск р піднятого стовпа рідини в коліні манометра, відкритому на повітря, матиме наступний вигляд:

р = g h, (5)

де ρ– густина води; h – максимальне підняття води відносно нульового рівня (0) в коліні манометра, відкритого на повітря.

Тоді із формул (5) і (4) маємо:

g h = . (6)

З метою уникнення труднощів, пов’язаних із визначенням радіуса R кривизни поверхні рідини, для відносних вимірювань коефіцієнтів поверхневого натягу рідин застосовують формулу (6), з якої за значеннями ρ, g, h, R можна знайти .

Спочатку колбу 6 заповнюють дистильованою водою. (Коефіцієнт поверхневого натягу води при температурі повітря в лабораторії беруть із довідкової таблиці). Якщо бульбашка відривається в дистильовану воду, і рівень води в правому коліні манометра піднімається на висотуh₀ (а в лівому на таку ж висоту опускається) формула (6) приймає вигляд:

. (7)

Далі, коли колба 7 заповнена досліджуваною рідиною, коефіцієнт поверхневого натягу якої невідомий і дорівнює, висота підняття рівня води в правому коліні манометра при відриванні бульбашки в дану рідину буде мати деяке значенняh_х. Тоді формула (7) має вигляд:

. (8)

Почленно розділивши рівняння (8) на рівняння(7) отримуємо:

.

Звідси робоча формула для визначення _х:

, (9)

де – коефіцієнт поверхневого натягу дослідної рідини;– коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води (табличне значення);h – показання манометра в момент відриву бульбашок в дистильовану воду; h_х – показання манометра в момент відриву бульбашок в дослідну рідину.

Порядок виконання роботи

1. Сумістити нуль шкали манометра з рівнем води в обох колінах манометра, коли капіляр не торкається поверхні рідини у колбі 6.

2. Занурити капіляр в колбу з дистильованою водою так, щоб він тільки торкався її поверхні.

3. Відкрити кран 2, потім повільно відкривати кран 4. Як тільки почнуть з’являтися бульбашки, припинити відкривати кран 4. При такому положенні крана 4, рівень води в коліні манометра, відкритого на повітря, буде підніматися повільно.

4. Відмітити позначку шкали h, що співпадає з рівнем води в правому коліні манометра. Цей рівень відповідає максимальному тиску у капілярі в момент відриву бульбашки (після відриву бульбашки тиск різко падає). Після відриву бульбашки кран 4 закрити. Виміри повторити 3 рази.

5. Аналогічно виконати виміри h_х (h₁ чи h₂), коли капіляр занурений в колбу з розчинами спирту чи цукру.

6. Результати вимірювань записати в таблицю.

7. Коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води при температурі повітря в лабораторії взяти із таблиці № 4.

8. За формулою (4) вирахувати значення коефіцієнтів поверхневого натягу розчинів спирту і цукру.

9. Обчислити відносну похибку вимірювань:

%.

10. Кінцевий результат записати у вигляді :

Розчин спирту : (Дж/м²).

Розчин цукру: (Дж/м²).

Таблиця

№ п/п	t˚C	Дистильована вода		Розчин спирту			Розчин цукру
		h0, м	α0, Дж/м2	h1, м	α1, Дж/м2	∆α1, Дж/м2	h2, м	α2, Дж/м2	∆α2, Дж/м2
1 2 3 4 5 серед.