Контрольные вопросы

1. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения?

2. Выведите формулу (1) для высоты поднятия жидкости в капилляре.

3. Если в стенке водопроводной трубы образуется трещина, то вода из трубы будет вытекать. А если трещина образуется в стенке капилляра, то будет ли вытекать из него вода?

4. Согласно (1) высота поднятия жидкости в капилляре неограниченно возрастает с уменьшением радиуса капилляра. А чем ограничена предельная высота столба жидкости в капилляре?

Работа № 34 исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры и концентрации растворенных в воде солей

Приборы и принадлежности: аспиратор, спиртовой микроманометр, пробирка с боковым отростком и трубкой, трубка с оттянутым концом, два стакана, термо­метр, электроплитка, мешалка, штатив, набор исследуемых жидкостей.

Цель работы: изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости от температуры и концентрации растворенных в воде солей методом максимального давления в пузырьке.

Методика измерений и описание установки

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости  можно определить измеряя избыточное давление в воздушных пузырьках, выходящих из узкой трубки, конец которой опущен ниже поверхности жидкости. Действительно, в пузырьке воздуха радиуса R существует избыточное давление, вызванное поверхностным натяжением жидкости:

(1).

Если через трубку, опущенную в жидкость выдувать пузырек воздуха, то, как это видно из рисунка 1, его радиус будет сначала уменьшаться, а затем он начнет возрастать. Как видно из того же рисунка 1, минимальный радиус пузырька равен радиусу трубки. В этот момент, согласно (1), давление в пузырьке максимальное. Измерив это давление и зная радиус трубки можно по формуле (1) найти и коэффициент поверхностного натяжения .

Установка для таких измерений изображена на рис.2. Наполненный водой аспиратор А соединен резиновыми трубками с микроманометром М и пробиркой П, в которую на­лита исследуемая жидкость. Через отверстие в пробке, плотно закрывающей пробирку, введена стеклянная трубка К, с узким концом, которым она касается поверхности жидкости.

Пробирка с исследуемой жидкостью помещается в стакан с водой Ст, выполняющий роль термостата. Вода в стакане и жидкость в пробирке нагреваются на электроплитке Э. Температура исследуемой жидкости определяется термометром Т, погруженным в стакан с водой, которая перемешивается мешалкой Мш.

Если слегка приоткрыть кран Кр, то вода из аспиратора начинает медленно вытекать в сливной сосуд С, и давление в аспираторе и пробирке понижается. При этом через коническую часть трубки К начинает продавливаться пузырек воздуха. Пузырек проходит через капилляр в жидкость в тот момент, когда его радиус равен радиусу капилляра. При этом радиус пузырька имеет, очевидно, минимальное значение, а поверхностное давление в нем максимальное. Это давление измеряется манометром М. Обозначим это давление H (в делениях манометра). Тогда в момент выхода пузырька воздуха справедливо соотношение:

 = a H (2),

где а – так называемая постоянная прибора зависящая от диаметра капилляра и глубины его погружения в жидкость¹.

Поверхностное натяжение жидкости определяется в работе относительным методом. Сначала опыт проводится с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения (КПН) которой известен. Определяя из этого опыта соответствующее значение Н₀, находят постоянную прибора а:

(3).

Определив таким способом постоянную прибора, найдем и КПН исследуемой жидкости, который на основании соотношений (2) и (3) выразится формулой:

(4).

При этом необходимо соблюдать одинаковость погружения капилляра в обе жидкости – эталонную и исследуемую.