- •Лабораторная работа № 10 определение коэффициента теплопроводности металла
- •1. Краткая теория и методика выполнения работы
- •2. Описание экспериментальной установки
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 определение изменения энтропии при нагревании и плавлении олова
- •1. Краткая теория и методика выполнения работы
- •2. Описание экспериментальной установки
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости
- •1. Краткая теория и методика выполнения работы
- •2. Описание, экспериментальной установки
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
2. Описание, экспериментальной установки
Для определения коэффициента поверхностного натяжения можно использовать следующие методы.
1. Метод взвешивания капель довольно точный и наиболее распространенный лабораторный метод для измерения поверхностного натяжения на границе раздела: жидкость-воздух; жидкость-жидкость. Измерения заключаются в следующем (рис. 12.2). На конце трубки формируются капли, их собирают в контейнер до тех пор, пока можно будет достаточно точно определить вес, приходящийся на одну каплю. Простое выражение для определения веса капли получило известностькак закон Тэйта (1864 г.):
, (12.6)
где – диаметр трубки.
Уравнение (12.6) выводится из представления о том, что максимальная сила, удерживающая каплю, равна поверхностному натяжению, умноженному на длину окружности кончика трубки. Точность определения коэффициента поверхностного натяжения этим методом может достигать 0,1 %.
На штативе крепится стеклянная трубка с краном. Под трубкой ставится предметный столик, на нем находится колба – контейнер для сбора капель.
2. Метод отрыва кольца. Коэффициент поверхностного натяжения можно определить путем измерения силы, которую нужно приложить перпендикулярно к поверхности жидкости для отрыва различных твердых тел от этой поверхности. Если отрываемое тело смачивается жидкостью, то вместе с ним поднимается и некоторое количество жидкости (рис. 12.4) и свободная поверхность этой жидкости увеличивается. Так как эта поверхность всегда стремится сократиться, то возникает сила поверхностного натяжения. При равенстве силы, действующей на тело, и силы поверхностного натяжения тело оторвется. В нашем случае в качестве такого тела берется тонкое кольцо.
При поднятии кольца из жидкости внутренняя и внешняя поверхность кольца образуют тонкие пленки с водой. Каждаяиз этих пленок действует на кольцо с силой направленной вниз, и равной:
,
где и– соответственно внешний ивнутренний диаметры кольца. Тогда:
. (12.7)
Для измерения силы можно пользоваться установкой, изображенной на рис 12.5. На штативе 4 закреплены рычажные весы. К чашке 1 прикреплено металлическое кольцо К, чашку 2 используют для уравновешивания весов. На предметном столике 3 находится сосуд С, заполняемый жидкостью.
3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
Упражнение 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом взвешивания капель.
Зарисовать таблицу 12.1.
Таблица 12.1
№ |
=…°С, = …мм,=…кг, = 9,8 м/с2 | |||
|
, кг |
, кг |
, Н/м2 | |
1 |
50 |
|
|
|
2 |
60 |
|
|
|
3 |
70 |
|
|
|
4 |
80 |
|
|
|
5 |
90 |
|
|
|
С помощью термометра определить температуру в лаборатории .Используя штангенциркуль, измерить внешний диаметр трубки . Полученные данные и численное значение ускорения свободного падения записать в таблицу.
Взвесить пустую колбу на электронных весах, и определить ее массу .
Закрыть кран стеклянной трубки и налить в трубку воду. Подставить под трубку чашу и открыть осторожно кран. Кран должен быть открыт так, чтобы вода из крана капала медленно (30–40 капель в минуту). При этих условиях можно считать, что отрыв капель происходит в момент, когда сила тяжести равна силе поверхностного натяжения или чуть больше нее (рис. 12.2).
После этого под трубку подставить колбу и собрать в нее несколько десятков (от 40 до 90) капель.
Взвесить колбу с водой, определив – массу колбы с водой.
Как разницу масс: колбы с водой и колбы без водыопределитьмассу капель. Данные занести в таблицу 12.1.
Повторить пункты 5–7 четыре раза для указанного числа капель.
Определить коэффициент поверхностного натяжения воды по формуле:
.
10. Определить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения .
11. Оценить погрешность измерений.
12. Сравнить полученный результат с табличным значением при данной температуре .
Упражнение 2. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца.
Зарисовать таблицу 12.2.
Таблица 12.2
№ |
=…°С, = … кг, = 9,8 м/с2 | |||||
, мм |
, мм |
, кг |
, кг |
, Н |
| |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определить температуру воздуха в лаборатории .
Определить массу правой чашки 2 рычажных весов .
С помощью штангенциркуля 5 раз измерить внешний и внутренний диаметры кольца. Результаты занести в таблицу 12.2. Найти средние значения и.
Сосуд С заполнить водой до соприкосновения с кольцом (рис. 12.4, на рисунке представлено сечение).
Осторожно насыпать песок на правую чашку весов до тех пор, пока кольцо не оторвется от поверхности жидкости.
Взвесить чашку с песком на электронных весах и определить их общую массу .
Определить массу песка как разницу между массой чашки с песком и чашки без песка .
Повторить измерения по пунктам 5–8 еще четыре раза.
10. Определить силу тяжести , действующую напесок, как .
11. Так как сила тяжести равна силе , отрывающей кольцо, то используя формулу (12.7),рассчитать коэффициент поверхностного натяжения воды . Определитьего среднее значение .
12. Определить погрешность измерений коэффициента поверхностного натяжения.
13. Сравнить полученный результат с табличным значением при данной температуре.
14. Сравнить коэффициенты поверхностного натяжения воды, полученные двумя способами.