- •Практикум по курсу общей физики для специальности 060108 (040500) – Фармация
- •Содержание
- •1.1. Правила работы в лаборатории, оформление результатов работы
- •Правила работы в лаборатории
- •Оформление отчетов
- •Графики
- •2. Обработка результатов физического эксперимента
- •Вычисление погрешностей прямых измерений
- •Погрешности косвенных измерений
- •1.3. Изучение измерительных приборов Изучение нониусов
- •Ш тангенциркуль
- •Микрометр
- •1.4.Электроизмерительные и вспомогательные электрические приборы Основные электроизмерительные приборы
- •Чувствительность и цена деления электроизмерительного прибора
- •Класс точности. Погрешность приборов
- •Амперметры и вольтметры
- •Математический маятник
- •Работа № 3 Определение моментов инерции твердых тел Краткая теория
- •2. Момент силы и момент инерции
- •3. Основной закон динамики вращения и кинетическая энергия вращательного движения.
- •Определение момента инерции тел с помощью трифилярного подвеса
- •О писание установки и метода определения момента инерции тел
- •Выполнение работы
- •Изучение зависимости момента инерции системы (платформа плюс тело) от расположения тела на платформе
- •Работа № 4 определение коэффициента вязкости жидкости по методу стокса
- •Краткая теория
- •Выполнение работы Определение коэффициента вязкости исследуемой жидкости.
- •Работа № 5 (12) определение отношения удельных теплоемкостей газов методом клемана-дезорма
- •Краткая теория
- •Описание метода измерения
- •Выполнение работы
- •Работа № 6 (14) определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом компенсации дополнительного давления
- •Краткая теория
- •Описание установки и вывод расчетной формулы
- •Выполнение работы Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости
- •Работа № 7 (6) градуировка термоэлемента и определение его электродвижущей силы
- •Краткая теория
- •Описание схемы и метода измерения термоэлектродвижущей силы
- •Работа № 8 (7) изучение работы электронного осцилографа. Проверка градуировки звукового генератора
- •Устройство электронного осциллографа
- •Выполнение работы Подготовка осциллографа к работе
- •След луча не должен быть слишком ярким!
- •Упражнение 1 Исследование формы переменного электрического напряжения.
- •Упражнение 2. Измерение переменного электрического напряжения с помощью осциллографа.
- •В дальнейшем усиление по вертикали не трогать!
- •Упражнение 3. Проверка градуировки звукового генератора синусоидальных напряжений с помощью фигур Лиссажу.
- •Работа № 9 (11)
- •Изучение влияния магнитного поля на вещества
- •Снятие петли магнитного гистерезиса ферромагнетиков
- •Краткая теория
- •Изучение ферромагнетиков статическим методом
- •Описание схемы и методики измерений
- •Выполнение работы
- •Работа № 10 (12) изучение работы простейшего лампового генератора электромагнитных колебаний
- •Краткая теория
- •Ламповый генератор
- •Описание схемы лабораторной работы
- •Выполнение работы Определение периода незатухающих колебаний генератора.
- •Краткая теория
- •2. Оптическая активность.
- •Определение удельного вращения кварца с помощью поляриметра
- •Выполнение работы
- •Работа № 13 (7) определение длины световой волны с помощью колец ньютона
- •Уравнение волны
- •Интерференцией света
- •Интерференция света, отраженного от прозрачных пленок
- •Кольца Ньютона
- •Выполнение работы
- •Работа № 13 (9) определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки
- •Краткая теория
- •Выполнение работы
Работа № 6 (14) определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом компенсации дополнительного давления
Приборы и принадлежности: прибор для определения коэффициента поверхностного натяжения, измерительный микроскоп, набор капилляров.
Краткая теория
В жидкостях среднее расстояние между молекулами значительно меньше, чем в газах. Они располагаются настолько близко к друг к другу, что силы притяжения между ними имеют значительную величину. Поэтому взаимодействие между ними быстро убывает с расстоянием и можно считать, что каждая молекула взаимодействует лишь с теми молекулами, которые находятся внутри сферы определенного радиуса r с центром в данной молекуле (сфера молекулярного действия).
Переход молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой связан с совершением работы против действующих в этом слое сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса ее кинетической энергии и идет на увеличение потенциальной энергии молекулы. При обратном переходе молекулы внутрь жидкости потенциальная энергия, которой обладала молекула в поверхностном слое, переходит в кинетическую энергию молекулы. Таким образом, молекулы в поверхностном слое обладают дополнительной потенциальной энергией, а поверхностный слой в целом обладает дополнительной энергией W, которая входит составной частью во внутреннюю энергию жидкости.
Поскольку энергия W обязана своим происхождением наличию поверхности, то она должна быть пропорциональна площади S этой поверхности: W = α· S, (1)
где - коэффициент поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе, которую надо совершить для увеличения поверхности жидкости на единицу площади. Его величина зависит от природы жидкости, от наличия в ней примесей и от температуры. Поскольку с повышением температуры различие в плотностях жидкости и ее насыщенного пара уменьшается, то при этом уменьшается и коэффициент поверхностного натяжения. При критической температуре обращается в нуль.
Из формулы (1) следует, что коэффициент поверхностного натяжения в ед.СИ измеряется в Дж/м2, а в системе СГС - в эрг/см2.
Физический смысл коэффициента можно определить иначе. Поскольку всякая система в состоянии равновесия имеет минимальную энергию, то очевидно, из-за наличия поверхностной энергии жидкость в своем стремлении к равновесию стремится сократить свою поверхность до минимума. Жидкость ведет себя так, как если бы она была заключена в упругую растянутую пленку, стремящуюся сжаться. Следовательно, должны существовать силы, препятствующие увеличению поверхности жидкости, стремящиеся сократить ее. Они должны быть направлены вдоль самой поверхности, по касательной к ней. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Они возникают вследствие стремления жидкости уменьшить свою поверхность, а следовательно, и поверхностную энергию.
Однако первопричиной возникновения сил поверхностного натяжения следует считать силы, действующие на молекулы поверхностного слоя и направленные внутрь жидкости.
Пусть поверхностный слой занимает часть рамки, как показано на рис.2. Этот слой стремится сократить свою поверхность. Если участок АВ рамки может свободно перемещаться, то при сокращении поверхности эта сторона переместится влево на расстояние dx, что соответствует изменению площади поверхности на .
Совершаемая при этом работа равна: (2)
С другой стороны, (3)
Отсюда сила поверхностного натяжения F, сокращающая поверхность жидкости, равна: . (4)
Формула (4) дает второе определение коэффициента поверхностного натяжения (вытекающее из первого): коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины контура, ограничивающего поверхность.
В соответствии с этим коэффициент в ед.СИ измеряется в Н/м, а в системе СГС - в дн/см.
Если поверхность жидкости не плоская, то стремление ее к сокращению приводит к возникновению давления, дополнительного по отношению к тому, которое испытывает жидкость с плоской поверхностью.
В
П.Лаплас нашел, что дополнительное давление , производимое на жидкость поверхностным слоем произвольной формы, равно:
(5)
где R1 и R2 радиусы кривизны двух любых взаимно перпендикулярных нормальных сечений поверхности.
Для сферической поверхности R1=R2=R и (6)
На форму поверхности жидкости, налитой в сосуд, влияет взаимодействие молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость не смачивает твердое тело.
Если же силы взаимодействия между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость смачивает это твердое тело.
Взаимодействие молекул жидкости с молекулами твердого тела ведет к искривлению поверхности жидкости вблизи стенок сосуда. В узких сосудах (капиллярах) влияние стенок распространяется на всю поверхность жидкости и она искривлена на всем своем протяжении. Такого рода изогнутые поверхности носят название менисков. Искривление поверхности жидкости приводит, как было показано выше, к появлению дополнительного давления. Непосредственным следствием этого дополнительного давления является капиллярный подъем (или опускание) жидкости.
Если жидкость смачивает стенки капилляра, то ее поверхность внутри капилляра будет вогнутой, если не смачивает - выпуклой.
Искривление поверхности ведет к появлению дополнительного давления, и жидкость в первом случае ( ) будет подниматься по капилляру, во втором ( ) - опускаться.