Урок 21. Лабораторная работа № 05. Измерение поверхностного натяжения жидкости

Лабораторная работа № 5

Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Теория.

   Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости

   Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:

   где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м2 или Н/м

или  

   где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

   Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

   Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести Fтяж=mкапли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

l=π·dкапли

   Следовательно:

   Опыт показывает, что dкапли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

   Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

   Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массуm=ρ·V

Ход работы.

   1. Подготовьте оборудование:
Измерение поверхностного натяжения   Начертите таблицу:

№

опыта

Масса капель

m, кг

Число капель

n

Диаметр канала шприца

d, м

Поверхност-ное натяжение

σ, Н/м

Среднее значение поверхностного натяжения

σср, Н/м

Табличное значение
поверхност-ного натяжения

σтаб, Н/м

Относительная погрешность

δ %

1

1*10-3

 

2,5*10-3

 

 

 

0,072

 

2

2*10-3

 

2,5*10-3

 

3

3*10-3

 

2,5*10-3

 

Опыт 1

  1. Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).
  2. Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.
  1. Вычислите поверхностное натяжение по формуле 

Результат запишите в таблицу.

  1. Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.
  2. Найдите среднее значение поверхностного натяжения 

Результат запишите в таблицу.

  1. Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.
  2. Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Относительная погрешность

   Результат запишите в таблицу.

  1. Сделайте вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

  1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
  2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
  3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
  4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?
  5. Почему следует добиваться медленного падения капель?

Вариант выполнения лабораторной работы.

Результаты измерений:

Количество капель в 1 мл - 21

Количество капель в 2 мл - 40

Количество капель в 3 мл - 59