Порядок выполнения работы

1. Измерьте штангенциркулем внешний диаметр кольца d₂ и определите толщину стенок кольца h.

2. Подвесьте кольцо на левое коромысло весов и уравновесьте их с помощью разновеса.

3. Подвести под кольцо кюветку с исследуемой жидкостью так, чтобы оно только коснулось поверхности жидкости.

4. Осторожно нагружайте правую чашку весов разновесами до тех пор, пока кольцо не оторвется от поверхности жидкости. Вес разновесов равен при этом силе поверхностного натяжения f.

Внимание! Рекомендуется класть разновесы на предварительно арретированные весы.

Опыт повторяют 5 раз.

5. По формуле (14) рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения жидкости σ.

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4

Таблица 4

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

Задача 5. Анализ точности определения σ

Цель задачи: сопоставить результаты определения σ (коэффициента поверхностного натяжения) различными методами и сравнить их точность.

Результаты проведенных исследований представить в виде таблицы 5.

Запишите вывод о сравнении полученных результатов с указанием причин, снижающих точность каждого из проведенных методов определения коэффициента поверхностного натяжения.

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте общий вид потенциалов межмолекулярного взаимодействия.

2. При каких соотношениях кинетической и потенциальной энергий вещество является газом, жидкостью, твердым телом?

3. Причины возникновения сил поверхностного натяжения в жидкостях? Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от среды?

4. Почему при отсутствии внешних сил капля жидкости принимает форму шара?

5. Причина поднятия (опускания) столба жидкости в капиллярах? Какие поверхности смачиваемые, какие несмачиваемые для жидкостей?

6. При каких условиях отрывается капля жидкости, вытекающей из трубки?

7. Условие отрыва кольца от поверхности жидкости в методе отрыва?

8. Приведите примеры проявления сил поверхностного натяжения в природе.

Лабораторная работа 2-4

Термоэлектрические явления

Цель работы:

Изучение прямого и обратного термоэлектрических явлений - эффектов Зеебека и Пельтье.

Задача работы:

Познакомиться с принципом работы элемента Пельтье; возможностью преобразования тепловой энергии в электрическую и обратно; явлениями, возникающими при контакте полупроводников разного типа проводимости (электронного и дырочного)

Термоэлектрические явления

В металлах и полупроводниках процессы переноса заряда (электрический ток) и тепловой энергии взаимосвязаны, так как осуществляются посредством перемещения подвижных носителей тока – электронов проводимости и дырок. Эта взаимосвязь обусловливает ряд явлений (Зеебека, Пельтье и Томсона), которые называют термоэлектрическими явлениями.

Одним из первых был открыт эффект Зеебека. Он состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников (или полупроводников) А и B, возникает термоэдс ε, если места контактов поддерживают при разных температурах . ^j

В

Рис1. термопара

еличина возникающей термоэдс зависит только от внутренних свойств проводников (полупроводников) и температур их горячего T1 и холодного T2 спаев (мест контакта). Система из двух различных проводников (полупроводников) А и B, спаянных в точках T1 и T2 (например, медь и висмут), называется термоэлементом или термопарой (рис.1).

В некотором интервале температур термоэдс ε можно считать пропорциональной разности температур

(1)

где α₁₂ –коэффициент термоэдс или коэффициент Зеебека

В общем случае термоэлектрическая способность термопары меняется с температурой. Соответственно, более корректное выражение для термоэдс ε имеет вид

(2)

Э.Х. Ленц провел следующий интересный опыт с контактами двух металлов. В углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы он поместил каплю воды. При пропускании электрического тока в одном направлении капля воды замерзала. При пропускании тока в противоположном направлении образовавшийся лед таял. При одном направлении тока спай нагревается, а при противоположном – охлаждается. Тем самым было установлено, что при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных металлов или полупроводников, в зависимости от его направления, помимо Джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. В этом и заключается эффект Пельтье ^k, который является обратным по отношению к эффекту Зеебека.

Двадцать лет спустя Уильям Томсон (впоследствии - лорд Кельвин) дал исчерпывающее объяснение эффектам Зеебека и Пельтье и взаимосвязи между ними. Полученные Томсоном термодинамические соотношения позволили ему предсказать третий термоэлектрический эффект, названный впоследствии его именем. Если металлический проводник нагревать в одной точке и одновременно пропускать по нему электрический ток, то на концах проводника, равноудаленных от точки нагрева, возникает разность температур. На том конце, где ток направлен к месту нагрева, температура понижается, а на другом конце, где ток направлен от точки нагрева, – повышается. Коэффициент Томсона – единственный термоэлектрический коэффициент, который может быть измерен на однородном проводнике, но он связан со всеми другими коэффициентами. По сути – этот эффект есть внутреннее явление Пельтье. Все три явления обусловлены взаимосвязью тепловых и электрических процессов в металлах и полупроводниках. Причина в нарушении теплового равновесия в потоке электронов, и соответствующего стремления системы компенсировать это. Это еще одно подтверждение принципа Ле Шателье-Брауна ^l.

Возникновение эффектов Пельтье и Зеебека происходит за счет явлений, возникающих в узкой приконтактной области разнородных проводников полупроводников. Рассмотрим сначала объяснение эффекта Зеебека.