Fizika_l_r_Chast_1

Так как процесс отрыва капли быстротекущий, то определение затруднено. Чтобы избежать измерения радиуса перетяжки используют метод сравнения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости с коэффициентом поверхностно-

Определение веса капли является трудоемкой и сложной работой, поэтому взвешивание заменяется простым подсчетом капель исследуемой и эталонной жидкостей при пропускании одинаковых объемов через прибор, называемый сталагмометром.

Тогда

где ρ1 и ρ0 – плотность исследуемой и эталонной жидкостей, а n1 и n0 – количество капель этих жидкостей,

V – объем.

Подставляя значения Р1 и Р2 в (7) получим:

Таким образом, зная К.П.Н. эталонной жидкости и плотности сравниваемых жидкостей, подсчитав n1 и n0, можно по уравнению (8) рассчитать К.П.Н. исследуемой жидкости.

Метод отрыва капель, не будучи очень точным, является, однако, употребительным в медицинской практике. Этим методом определяют в диагностических целях поверхностное натяжение спинномозговой жидкости, желчи и т.д.

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 l2 и внешняя l1 (см. рис. 5б).

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 F будет равно силе поверхностного натяжения, приложенной к внешнему и внутреннему контурам кольца.

63

Сила поверхностного натяжения будет равна:

F – измеряется динамометром или торсионными весами, а D1

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:

где r – радиус капилляра,

- краевой угол.

Вчастности для жидкости, которая полностью смачивает стенки капилляра и для которой, следовательно, = 0, cos =1

Таким образом, измерив h и r, мы можем определить КПН исследуемой жидкости.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение КПН методом отрыва капель

При определении КПН методом отрыва капель используется метод сравнения КПН исследуемой жидкости с КПН эталонной

64

жидкости, например, воды, для которой величина КПН известна (см. таблицу 2).

1.Промыть бюретку водой.

2.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.

3.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.

4.Полученные данные занести в таблицу 1.

5.Выполнить пункты 2-4 для водных растворов спирта, начиная с раствора наименьшей концентрации, соблюдая постоянство выбранного объема.

6.По средним значениям полученных результатов опреде-

лить КПН для всех исследуемых растворов по формуле:

Значение 0 возьмите из таблицы 2.

7. Найти погрешность измерений по формулам:

8.Окончательные результаты записать в виде:

i i i (Н/м).

9.Построить аналогичный график зависимости вычисленных значений КПН от концентрации растворов.

10 3 (Н / м)

70

60

50

40

30

20

10

С(%)

Таблица 2 Зависимость значений КПН (Н/м) дистиллированной воды от температуры

Контрольные вопросы

1.Природа сил поверхностного натяжения.

2.Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения (КПН).

3.Способы измерения КПН.

4.Формула Лапласа.

5.Капиллярные явления, роль поверхностного натяжения на протекание биологических процессов.

6.Газовая эмболия.

7.Факторы, влияющие на изменение поверхностного натяжения.

67

Лабораторная работа №5

Определение абсолютной и относительной влажности воздуха

Основные понятия и определения: понятие абсолютной, максимальной и относительной влажности, единицы измерения этих величин, понятие точки росы и дефицита влажности.

Цель работы: научиться пользоваться приборами для определения влажности воздуха, уметь определять абсолютную, максимальную и относительную влажность различными методами.

Краткая теория

В состав атмосферы Земли входит водяной пар, который образуется при испарении воды со всех водоемов, с растительного покрова, при дыхании животных и т.д.

Для количественной характеристики водяных паров в воздухе вводятся следующие понятия:

1. Абсолютная влажность f – физическая величина, численно равная массе водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха при данной температуре и выражается в г/м3. Так как плотность пара пропорциональна его давлению, то абсолютную влажность часто характеризуют упругостью (парциальным давлением) водяного пара и измеряют в мм.рт.ст. Действительно, из уравнения Менделеева - Клапейрона давление определяется как:

2.Максимальная влажность F – физическая величина, чис-

ленно равная массе водяного пара, необходимого для насыщения 1м3 воздуха при данной температуре. Измеряется также в г/см3 или в мм рт. ст.

3.Относительная влажность Е – отношение абсолютной влажности к максимальной влажности при той же температуре, т.е.:

Относительная влажность измеряется в процентах и характеризует степень насыщения воздуха водяным паром.

4. Дефицит влажности D – разность между максимальной и абсолютной влажностью, указывающая, какое количество водяных паров не хватает для того, чтобы воздух при данной температуре был насыщенным:

Для медицины важно знать как абсолютную, так и относительную влажность воздуха.

Например, испарение воды с поверхности кожи зависит от относительной влажности, так как чем больше разница между абсолютной и максимальной влажностью, т.е. чем больше дефицит влажности, тем быстрее идет испарение.

Рассматривая испарение воды легкими, следует учитывать абсолютную влажность, т.к. из легких выдыхается почти полностью насыщенный водяным паром воздух при температуре примерно 30оС. Количество пара, которым воздух насыщается в легких, зависит от абсолютной влажности вдыхаемого воздуха. Нормальной для жизни человека считается относительная влажность от 40% до 60%.

Для измерения абсолютной и относительной влажности воздуха существует несколько методов.

1. Метод непосредственного измерения

Сущность данного метода состоит в следующем. Пропустив определенный объем воздуха через вещество, поглощающее пары воды, определяют увеличение массы этого вещества. Эта прибавка и есть масса поглощаемого пара. Этот способ является наиболее точным, но очень громоздким и на практике применяется редко.

2. Определение влажности воздуха с помощью гигрометра Ламбрехта

Гигрометр Ламбрехта – прибор конденсационного типа. Он состоит из небольшой металлической цилиндрической камеры с никелированной передней стенкой, окруженной таким же кольцом. В цилиндрической камере имеются отверстия, в одно из них

69

вставляется термометр и через него, с помощью пипетки наливается эфир в таком количестве, чтобы жидкость покрывала шарик термометра; другое отверстие служит для выхода воздуха, в третье впаяна металлическая трубочка, доходящая почти до самого дна. При помощи резиновой груши в эту трубочку медленно вдувается воздух, который проходит через слой эфира. При быстром испарении эфира происходит охлаждение стенки камеры и при некоторой температуре, ниже комнатной, водяной пар, находящейся в прилегающем к стене слое воздуха, станет насыщенным и начнет конденсироваться на поверхности камеры.

Температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

В момент появления первых признаков росы (потускнение поверхности) прекращают продувание воздуха и быстро отсчитывают температуру t1 по термометру – точка появления росы. Через некоторое время потускнение начинает исчезать с поверхности и в момент его исчезновения отсчитывают температуру t2 исчезновения росы. Обычно температура t1 немного ниже t2. За температуру точки росы берется среднее из этих двух отсчетов:

Точку росы определяют не менее 5 раз и рассчитывают ее среднее значение. Абсолютная влажность f определяется из таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры точки росы ( t ). Максимальная влажность определяется по той же таблице, но при комнатной температуре. Зная абсолютную и максимальную влажность, находим по формуле (1) относительную влажность и дефицит влажности по формуле (2).

3. Определение влажности воздуха аспирационным психрометром Ассмана

Влажность воздуха может быть также определена по показаниям психрометра и психрометрическим таблицам. Психрометрический метод определения влажности основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха.

70