Приборы и принадлежности

Установка, набор исследуемых жидкостей, груша, капилляр, отчетный микроскоп.

Описание установки

Установка состоит из капилляра А, широкой трубки Д и водяного манометра С, сообщающихся посредством трубки В. Широкую трубку Д опускают в стакан с водой, помещенный на столике, который можно закрепить винтом Е в любом положении. Опуская и поднимая столик, можно изменить давление в рассматриваемой системе.

Вывод рабочей формулы

Как мы уже установили выше, если капилляр опустить в сосуд с исследуемой жидкостью, то в случае смачивания стенок капилляра этой жидкостью, последняя поднимется на некоторую высоту. Если теперь увеличить внешнее давление над поверхностью жидкости в капилляре, скомпенсировав тем самым избыточное давление dР, то уровень жидкости в капилляре опустится до уровня жидкости в сосуде и сравняется с ним.

Если внешнее давление при этом увеличилось на Р, то согласно (7)

(11)

где r – радиус капилляра.

С другой стороны, избыток давления Р в системе можно выразить так:

(12)

где h – разность уровней воды в манометре, ρ - плотность жидкости, налитой в манометр. Выражая из (11) и (12) σ, получим:

(13)

Порядок выполнения работы

1. Капилляр выньте из трубки, промойте исследуемой жидкостью с помощью груши.

Рис.8. Схема опыта

2. Опустите капилляр в стаканчик с исследуемой жидкостью. Далее, не вынимая его из стаканчика, вновь соедините с манометром посредством трубки. Жидкость в капилляре поднимается и устанавливается на некоторой высоте (надо следить, чтобы столбик жидкости не содержал пузырьков воздуха, если они имеются, значит, капилляр промыт плохо, и надо его промыть еще раз).

3. Медленно поднимайте столик (Е) и доводите уровень жидкости в капилляре А до ее уровня в стаканчике (в том в который опущен капилляр А). Закрепляют столик и определяют разность уровней манометра (h). Опыт проделывают несколько раз, перемещая столик и заново отсчитывая разность уровней h.

4. Определите радиус капилляра с помощью отчетного микроскопа, помещая его горизонтально в штатив и освещая лампой. Микроскоп наводят на конец капилляра и отмечают, какому числу делений окулярной шкалы соответствует диаметр капилляра. После этого в той плоскости, где находился конец капилляра, устанавливается миллиметровую шкалу и определяют цену деления окулярной шкалы микроскопа. Измерения проведите несколько раз.

5. Ввиду большой зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры, необходимо узнать и записать температуру, при которой производились наблюдения.

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Проведите статистическую обработку результатов по методу Стьюдента при α=0.95 (Приложение 4).

Задача 4. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца

Приборы и принадлежности

Аналитические весы, набор жидкостей, разновес, стеклянная кювета, металлическое кольцо.

Описание установки и вывод рабочей формулы метода

Э кспериментальная установка представляет собой аналитические весы А, у которых на одно коромысло, кроме чашки, подвешено горизонтально тонкое алюминиевое кольцо. Под кольцо на штативе со столиком помещается сосуд с исследуемой жидкостью В.

Е

Рис.9. Экспериментальная

установка

сли подвести сосуд под кольцо так, чтобы оно нижним основанием лишь слегка коснулось поверхности жидкости, кольцо как бы прилипнет.

При этом жидкость начнет подниматься по стенкам кольца, а само кольцо втянется внутрь жидкости. Для отрыва кольца от поверхности надо приложить силу f, равную силе поверхностного натяжения. Отрыв, а точнее разрыв, поверхности происходит по двум окружностям, диаметры которых d₁ и d₂ равны внешнему и внутреннему диаметрам кольца (рис. 10).

О

Рис.10. Взаимодействие

кольца и жидкости

бщая длина линий разрыва . Обозначая толщину стенок через h, имеем выражение . Подставив последнее выражение вместо d₁, находим . На основании (6) получаем уравнение, по которому можно определить σ:

(14)

Итак, эксперимент сводится к определению силы f, диаметра кольца d₂ и его толщины h.