Описание установки и вывод расчетной формулы

Используемый в данной работе прибор изображен на рис.6.

Он состоит из широкой металлической трубки 3, один конец которой присоединен к спиртовому манометру 5. В другой ее конец с помощью резиновой пробки вставляется капилляр 1, который опускается в стеклянный стаканчик 2 с исследуемой жидкостью. К середине металлической трубки подсоединен широкий полый металлический цилиндр 9, который опускается в стакан с водой 4. Изменяя высоту положения столика 6, на котором стоит стакан 4, можно изменять давление в данной системе. Положение столика 7, на котором стоит стаканчик 2, также можно менять с помощью винта 8.

Если в стаканчик 2 с исследуемой жидкостью опустить капилляр, то в случае смачивания жидкости его стенок, жидкость поднимется в капилляре на некоторую высоту h. В данной работе исследуются только смачивающие стекло жидкости: вода и спирт. Явление поднятия жидкости, смачивающей стенки в капилляре, обусловлено возникновением разности давлений ( ) по разные стороны кривой поверхности жидкости (рис.5а).

Эта разность давлений для случая сферической поверхности жидкости в капилляре определяется формулой (6): (7)

Из рис. 5а имеем: (8)

А при полном смачивании, когда Q=0, (9)

В нашем случае р₁ - есть атмосферное давление, а р₂ - давление жидкости на уровне мениска, причем р₁ = р₂ – ρgh. Здесь gh - гидростатическое давление столба жидкости в капилляре, где  - плотность жидкости, g - ускорение свободного давления, h - высота ее поднятия. Следовательно,

(10)

Сравнивая формулы (9) и (10), получим (11)

Из формулы (11) видно, что, измерив высоту поднятия жидкости и радиус капилляра, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости по формуле: (12)

Однако измерить точно высоту поднятия жидкости в капилляре трудно. Поэтому в работе используется метод компенсации разности давлений. Если создать в капилляре над жидкостью избыточное давление, то при некотором его значении р_изб. уровень жидкости в капилляре сравнивается с уровнем жидкости в стаканчике 2. Это избыточное давление, которое можно измерить манометром, равно

где - плотность жидкости в манометре, Н - разность высот в коленах манометра.

Тогда коэффициент поверхностного натяжения жидкости вычисляется по формуле: или (13)

где d - диаметр капилляра.

Выполнение работы Задание 1. Измерение диаметра капилляра

Д иаметр капилляра определяется с помощью измерительного микроскопа. Для этого в вертикальном положении капилляр помещают на предметный столик микроскопа и добиваются резкого изображения его торца.

Подводят капилляр с помощью микрометрических винтов микроскопа в положение 1 и делают отсчет а₁ по шкале и микровинту микроскопа. Переводят капилляр в положение 2 и снова делают отсчет а₂ (рис.).Разность между двумя отсчетами (а₂-а₁) даст диаметр капилляра d.

Поворачивая капилляр вокруг центральной оси, делают еще не менее двух измерений диаметра капилляра и рассчитывают среднее значение.