Теоретическая часть. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва воздушных пузырьков

Лабораторная работа № 5

Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва воздушных пузырьков

Теоретическая часть

Если мысленно разрезать поверхность жидкости по какой-нибудь произвольной линии, то сила сцепления между обеими частями её, вызванная взаимным притяжением молекул, находящихся по обе стороны линии, будет тем больше, чем больше будет длина линии l; другими словами, сила поверхностного натяжения f будет прямо пропорциональна длине

.

Коэффициент пропорциональности α, представляющий собой силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины поверхностной плёнки жидкости, называется коэффициентом поверхностного натяжения. Его принято измерять в Н/м.

Если благодаря соприкосновению с твёрдым телом поверхность жидкости получит некоторую кривизну, то на такой поверхности силы поверхностного натяжения вызывают некоторые дополнительные явления. Эти силы дают при выпуклых и вогнутых поверхностях слагающую, направленную всегда в сторону вогнутой поверхности, и таким образом создают внутри всякой искривлённой поверхности добавочное, вызванное именно кривизной поверхности, давление.

Если поверхность сферическая, то это добавочное давление Δp может быть выражено следующим образом:

,

где R – радиус кривизны поверхности. Этим добавочным давлением, т.е. давлением, обусловленным кривизной мениска, вызываются явления поднятия и опускания жидкости в капиллярных трубках. Жидкость поднимается (опускается) в капилляре настолько, чтобы гидростатическое давление столба жидкости pgh уравновесило давление, вызванное кривизной поверхности. Если считать, что жидкость полностью смачивает поверхность трубки, то радиус кривизны R совпадает с внутренним радиусом трубки r, так что

,

(1)

где ρ – плотность жидкости, h – высота подъёма её, g - ускорение силы тяжести. Таким образом, зная радиус капилляра, плотность жидкости и высоту её подъёма в капилляре, можно по формуле (1) определить коэффициент поверхностного натяжения α. Радиус пузырька R, определяемый радиусом капилляра, трудно измерить точно. Поэтому в данной работе применяется относительный метод определения коэффициента поверхностного натяжения, позволяющий обойти эту сложность.

Общая постановка задачи: