Описание установки

Установка схематически показана на рис.5.

Наполненный водой аспиратор А соединен с помощью резиновых трубок с жидкостным манометром М и с воздушным пространством сосудов В и С. В сосуде В налит спирт (в сосуде С -вода) до такого уровня, чтобы трубки Т₁ и Т₂ с оттянутыми концами лишь слабо касались поверхности жидкостей.

Если открыть кран К₃ (краны К₁ и К₂ закрыты), то вода из аспиратора будет вытекать и давление в сосуде С будет постепенно понижаться. Избыток давления вне сосуда С вызовет искривление поверхности жидкости и образование воздушного пузырька на конце трубки Т₁, рис.6. Давление, создаваемое искривленной поверхностью жидкости в пузырьке

будет уравновешиваться разностью давлений DP внутри и вне сосуда С.

Тогда можно записать по формуле (5):

где R - радиус внутренней поверхности возникающего пузырька.

Следует отметить, что разряжение в аспираторе А можно создать и путем отсасывания воздуха из аспиратора резиновой грушей (этот метод чаще используется в данной работе)

С возрастанием разности давлений будет расти и пузырек воздуха, причем его радиус внутренней поверхности будет уменьшаться, а давление, обусловленное искривлением поверхности жидкости, будет расти. Однако уменьшение радиуса R не происходит беспредельно. Радиус пузырька не может быть меньше радиуса отверстия трубки R₀, рис.6.

Если радиус пузырька становится больше R₀, то давление внутри пузырька превосходит давление, обусловленное поверхностным натяжением, при этом пузырек лопается и воздух проникает в сосуд В.

Таким образом, по мере вытекания жидкости из сосуда В разность давлений DР, измеряемая манометром М, возрастает до некоторого значения DP_mах, определяемого соотношением:

, (6)

а затем резко падает, когда пузырек лопается. Поскольку вода из аспиратора продолжает вытекать, вновь появляется разность давлений DP, на конце трубки образуется новый пузырек и весь процесс повторяется.

Формулу (6) можно использовать для определения s. Радиус отверстия трубки R₀ лучше всего исключить, если произвести опыт с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которой хорошо известен, (например, с дистиллированной водой). Для жидкостей с известным и неизвестным s напишем, соответственно:

Из последних соотношений получим:

(7)

где h_max - показание манометра при открытом кране К₁,

- показания манометра при закрытом кране К₁ и открытом К₂. Следует обратить внимание, что для повышения точности показания манометра его трубка находится не в вертикальном положении, а в наклонном.

h – показание манометра, если его трубки находятся в вертикальном положении, равно , где - показание манометра если его трубки находятся в наклоненном положении, - угол наклона трубки манометра. В расчетной формуле (7) стоит отношение , его можно заменить отношением , т. к. эти отношения пропорциональны:

(8)

Формула (8) является расчетной. Величины и определяются из опыта. Значение коэффициента поверхностного натяжения воды s надо взять из справочника (при Т = 18^оС, s = (74,0± 0,1)Н/м).