Описание установки и вывод расчетной формулы

Используемый в данной работе прибор изображен на рис.4.

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.)

Поднятия жидкости, смачивающей стенки в капилляре, обусловлено возникновением разности давлений ( ) по разные стороны кривой поверхности жидкости. Эта разность давлений для случая сферической поверхности жидкости в капилляре определяется формулой (6):

(7)

А при полном смачивании (8)

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,

(9)

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

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

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 (12)

где d - диаметр капилляра.

Выполнение работы Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

1. Капилляр 1 промывают дистиллированной водой, затем исследуемой жидкостью и вставляют в трубку 3. Стакан с водой 4 с помощью поворотного столика 6 опускается так, чтобы вода не заходила в металлический цилиндр 9. Уровни жидкости в манометре 5 должны быть одинаковы.

2. На столик 7 помещают стеклянный стаканчик 2 с исследуемой жидкостью и закрепляют столик винтом 8 в таком положении, чтобы капилляр был погружен в жидкость на 2-3 мм. При этом жидкость в капилляре поднимется и установится на некоторой высоте.

3. Вращая столик 6, медленно поднимают стакан с водой 4, вода заполняет объем металлического цилиндра 9 и в системе повышается давление. В момент, когда уровень жидкости в капилляре 1 сравняется с поверхностью исследуемой жидкости в стаканчике 2, производят отсчет Н разности уровней по манометру 5. Очевидно, что в этот момент компенсирующее давление станет равным дополнительному давлению поверхностного слоя жидкости в капилляре.

Опыт необходимо повторить не менее пяти раз.. Радиус капилляра дается преподавателем Плотность жидкости (спирта) в манометре =0,79 г/см³.

№ п/п	Н, мм	Н, мм	, дин/см	, дин/см
1 2 …
Ср.