Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Лабораторная работа №6.

Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Теория. Свободная поверхность жидкости в состоянии равновесия стремится к минимуму, жидкость как бы стягивается упругой поверхностной пленкой, стремящейся к уменьшению своей площади. Поверхностное натяжение определяется отношением модуля силы поверхностного натяжения F, действующей на границу поверхностного слоя жидкости, к длине этой границы l:

.

Поверхностное натяжение жидкости σ зависит от природы граничных сред и температуры жидкости.

В данной работе поверхностное натяжение воды необходимо измерить методом отрыва капель.

Рисунок 1.

Для измерения поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость, а затем медленно вытягивают из жидкости. При этом на петле образуется пленка. Когда сила упругости пружины динамометра станет по модулю равна силе поверхностного натяжения F_н, пленка разрывается.

Для измерения σ собирают установку по рисунку 1.

В лапке штатива закрепляют воронку 1, на которую надета резиновая трубка, соединенная краном

2 и стеклянным наконечником 3. В воронку наливают дистиллированную воду и с помощью крана регулируют ее вытекание так, чтобы вода отдельными каплями падала в подставленный стакан.

В момент отрыва капли модуль силы поверхностного натяжения F равен модулю силы тяжести F _тяж, действующей на каплю массой т:

F = F _тяж, или .

Отсюда

.

Для повышения точности измеряют массу п капель и вычисление ведут по формуле

,

где m – масса вылившейся воды,

g –модуль ускорения свободного падения,

n –число капель воды,

D = 0,94 d, а

d_б -диаметр бюретки.

Оборудование: бюретка, весы с разновесами, сосуд с водой, игла, микрометр.

Порядок выполнения работы:

1. Собрать установку по рисунку 1, наполнить бюретку водой.

2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки. Для этого ввести до упора в канал бюретки иглу соответствующей толщины, заметить то место, до которого она вошла, и микрометром измерить диаметр иглы в отмеченном месте. Измерения микрометром производить несколько раз, поворачивая при этом иглу на определенный угол. Если результаты измерения будут различаться, взять их среднее значение.

3. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

4. Подставить под бюретку сосуд, в котором была вода, и, плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 секунды).

5. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

6. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

7. Результаты измерений записать в таблицу.

Таблица

Номер опыта	Масса	Число капель п	Диаметр канала бюретки d σ, м	Поверхностное натяжение σ, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м	Табличное значение поверхностного натяжения σтаб, Н/м	Относительная погрешность, δ, %
пустого сосуда, т 1, кг	сосуда с каплями, т 2, кг	капель, т, кг

8.Вычислить поверхностное натяжение по формуле .

9.Опыт повторить 1-2 раза с другим количеством капель.

10.Найти среднее значение σ_ср; сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры .

8. Определить относительную погрешность

.

Контрольные вопросы.

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт повторить в другом месте Земли?

4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр канала трубки будет меньше?

5. Почему в работе лучше использовать дистиллированную воду или хотя бы кипяченую?

6. Для получения свинцовой дроби расплавленный свинец сквозь узкие отверстия льют с некоторой высоты. Во время падения свинец принимает форму шариков. Почему?

7. Можно ли выпить воду из стакана в космосе? Почему?

8.