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:
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 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
- Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).
- 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.
- Вычислите поверхностное натяжение по формуле
Результат запишите в таблицу.
- Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.
- Найдите среднее значение поверхностного натяжения
Результат запишите в таблицу.
- Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.
- Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.
Результат запишите в таблицу.
- Сделайте вывод.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
- Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
- Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
- Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
- Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?
- 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