ЛАБОРАТОРНАРОБОТА № 11
ВИЗНАЧЕННЯКОЕФІЦІЄНТУ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ
Мета роботи: Визначити коефіцієнтповерхневого натягу води методом відриву петлі.
Прилади іматеріали:Динамометр типу ДПН, дистильована вода, штатив, лінійка вимірювальна, пральнийпорошок.
Теоретичнівідомості
На молекули, щоперебувають в поверхневому шарі рідини, діють сили притягання з боку іншихмолекул, направлені всередину рідини. Щоб молекула вийшла з внутрішніх шарів уповерхневий шар рідини, необхідно виконати роботу проти дії сил молекулярногопритягання. В результаті цього молекули поверхневого шару мають надлишокенергії, який називають вільною поверхневою енергією рідини.
Поверхневаенергія в стані рівноваги рідини прагне до мінімуму, а вільна поверхня рідининамагається скоротитись. При утворенні тонкої плівки рідини шириною l (рис.1)вздовж межі поверхні рідини діє сила поверхневого натягу />, модуль якої дорівнює:
/> F= s × 2 l, (1)
де s – коефіцієнт поверхневогонатягу. Множник 2 з’являється тому, що плівка має дві поверхні. Звідси:
/> (2)
Силу поверхневогонатягу F вимірюють чутливим динамометром типу ДПН, а ширину плівки, якадорівнює ширині дротяної петлі, – вимірювальною лінійкою.
Динамометр типуДПН (рис. 2) складається з корпуса 3, всередині якого розташована пружина 5, щозакінчується відрізком прямого дроту з гачком 7. Гачок призначений дляз’єднання петлі 8 з пружиною динамометра. Для відліку показів по шкалідинамометра на дроті закріплена стрілка 6. Досліджувану рідину наливають вскляну чашку 9. Для вимірювання коефіцієнту поверхневого натягу дротяну петлюповністю занурюють в рідину, а потім повільно витягують з неї. При цьому напетлі утворюється плівка. Коли сила пружності пружини динамометра стане рівнасилі поверхневого натягу F, плівка розривається.
/>Хід роботи
1. Ознайомтесь збудовою динамометра ДПН.
2. Підготуйтеприлад для виконання вимірювань. Для цього надіньте на гачок 7 петлю 8 (див.рис.2). Брати петлю руками небажано, тому скористайтесь пінцетом або відрізкомтонкого дроту. Притримуючи кнопку 1, відкрутіть стопорний гвинт 2. Натискаючина кнопку 1, встановіть стрілку динамометра на нульову поділку шкали. Принеобхідності злегка поверніть кнопку, щоб кінчик стрілки був поблизу шкали.Закрутіть стопорний гвинт.
3. Налийте вчашку 9 дистильовану воду і встановіть чашку на підставку 10. Обертаючи гвинт11, підніміть чашку з рідиною до такого рівня, щоб петля повністю занурилась уводу.
4. Повільноопускайте чашку з водою, для чого викручуйте гвинт 11 до тих пір, поки нерозірветься плівка рідини, що тягнеться за петлею. Зафіксуйте по шкалідинамометра, при якому значенні сили відбувається розрив плівки.
Примітка: Інодіпісля розриву плівки петля зривається з гачка і падає в чашку. Виймати її слідпінцетом або тонкою дротиною і перед тим, як повісити на гачок, потрібновидалити з петлі краплини рідини.
5. Повторітьвимірювання 5¸6 раз для даної петлі.
6. За формулою(2) обчисліть коефіцієнт поверхневого натягу. Довжина петлі l в мм вказанапоблизу гнізд, де знаходяться петлі. При бажанні можна уточнити l,скориставшись лінійкою. Зверніть увагу: сила на шкалі динамометра вказана в мН,тому не потрібно переводити мм в м, а мН в Н; після ділення F на 2l значення s отримаємо в />.
7. Пункти 2 ¸ 6 виконайте ще для двохпетель з набору. Не забудьте перевірити установку стрілки динамометра на нуль(див.п.2).
8. Для кожного звимірювань обчисліть значення s. Знайдіть середнє значення коефіцієнту поверхневогонатягу.
9. Результати вимірюваньі обчислень зручно подати у виді таблиці 1:L, мм
Fпов, мН σ, Н/м
σсер,
Н/м 1 2 3 4 5 Сер 40 50 60
10. Післявиконання роботи видаліть краплини рідини з петлі серветкою або фільтрувальнимпапером і покладіть петлю в коробку. Воду з чашки вилийте в склянку.
Додатковезавдання
Дослідіть, яквпливає на поверхневий натяг води розчинення в ній деяких речовин, наприклад,прального порошку.
Після виконанняцього завдання мильний розчин слід вилити в окрему склянку, а чашку і петлюретельно промити чистою водою.
Контрольнізапитання
1. Що називаютьповерхневим натягом рідини?
2. В чому полягаєявище змочування? явище незмочування?
3. Що називаютькапілярними явищами?
4. Чому дослідвиконується не з прямолінійним відрізком дротини, а з петлею, що має П-подібнуформу?
5. Як залежитькоефіцієнт поверхневого натягу від домішок? від температури?