Описание лабораторной установки и метода измерения.
Лабораторная установка представляет собой тонкую вертикальную трубку (бюретку) с делениями, закрепленную на штативе. На нижнем конце трубки расположен кран и капилляр. Когда кран открывают, то жидкость начинает медленно вытекать из трубки. У нижнего конца образуются капли, которые, достигая некоторого веса Р (постоянного для одной и той же жидкости при данной температуре), отрываются и падают. Капля отрывается только тогда, когда сила тяжести
где a – коэффициент поверхностного натяжения, ℓ = 2p r (r –радиус шейки капли). Поэтому F = 2p r × a (4) Сила тяжести Р, действующая в момент отрыва на каплю, равна: Р = mg = r×V×g (5) где m = r×V – масса капли; g – ускорение свободного падения.
Так как капля отрывается при условии F = P, то, подставив их значения из уравнений (3), (5), получим: 2p r a = rVg (6) Откуда a = рис. 3 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по формуле (8) сопряжено с трудностью измерения радиуса шейки капли. Чтобы избежать этого, используют сравнительный способ. Коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости определяется сравнением с известным коэффициентом поверхностного натяжения a0 для эталонной жидкости (дистиллированная вода). Для эталонной и исследуемой жидкостей можно записать a0 = Разделим первое и второе уравнения (8) друг на друга, сократив одинаковые величины, получим:
Откуда можно найти расчетную формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения объемно-капельным методом:
где a0 – коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости, ρ, ρ0 – плотности исследуемой и эталонной жидкостей, V, V0 - объемы N капель исследуемой и эталонной жидкостей. Из трубки выпускают заданное число капель N сначала одной жидкости, а затем другой. Записывают значения объемов. Значения плотностей (ρ, ρ0) и коэффициента поверхностного натяжения эталонной жидкости (a0) берутся из справочных таблиц.
Порядок выполнения работы.
1. Укрепить бюретку в штативе. Промыть дистиллированной водой, затем исследуемой жидкостью. Налить в бюретку исследуемую жидкость. 2. По шкале бюретки заметить уровень жидкости (по нижнему мениску). 3. Открыть кран и выпустить N капель исследуемой жидкости. Число N задается преподавателем. По шкале бюретки заметить положение нового уровня. 4. По разности первоначального и конечного уровней определить объем заданного числа капель исследуемой (V). 5. Повторить опыт (пункты 1-3) 3 раза. 6. Найти среднее значение объема исследуемой жидкости (V ср) 7. Аналогично определить объем N капель для эталонной жидкости (V0). Для этого повторяют опыт согласно пунктам 2-5. 8. Найти среднее значение объема эталонной жидкости (V 0 ср) 9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
10. Определить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости (αср), для чего в формулу (11) подставить средние значения объемов (V0 ср, Vср). § плотность эталонной жидкости: ρ0=1000 кг/м3, § коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости: a0=0,073 Н/м, § плотность исследуемой жидкости: ρ=800 кг/м3. 11. Обработка результатов измерений производится как для косвенных измерений: - находят абсолютные погрешности прямых измерений - относительная погрешность определяется по формуле: Е - абсолютная погрешность косвенных измерений равна: Daср = Е∙aср. 12. Записать окончательный результат в виде: a= ( aср 13. Отчет составить по указанию преподавателя.
Контрольные вопросы.
1. Силы межмолекулярного взаимодействия. Зависимость их от расстояния. 2. Явление поверхностного натяжения. 3. Что такое коэффициент поверхностного натяжения? Единицы измерения. 4. От чего и как зависит коэффициент поверхностного натяжения? 5. Вывод расчетной формулы. 6. Какие Вы еще знаете способы определения коэффициент поверхностного натяжения?
Литература.
1. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высш.шк., 2001. – §§ 60,66,67. 2. Грабовский Р.И. Курс физики. – СПб.: Лань, 2002. – с. 198-210. 3. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики: у 3-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Вища шк., 2002. – §§ 120,121. Лабораторная работа № 2.5
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|