Удк 53 печатается по решению

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ

 

 

Великий Новгород

2003

УДК 53                                                         Печатается по решению

ББК 22.3                                                                 РИС НовГУ

 

 

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент А.И. Геогриев

 

 

Общий курс физики: Лабораторные работы/Сост. Е.А. Ариас, Коровина Г.Е.; НовГУ им. Ярослава Мудрого. –Великий Новгород, 2003. – 97 с.

 

 

Приведены описания тринадцати лабораторных работ по общему курсу физики. Рассматриваются основные понятия, методика и порядок их выполнения. Даны вопросы для самоподготовки.

Предназначены для студентов ИМО, изучающих общий курс физики.

 

                                                                                                УДК 53

                                                                                           ББК

 

 

                                                 ©Новгородский государственный

                                                 университет, 2003

                                                 ©Е.А. Ариас, Г.Е. Коровина        

                                                 составление, 2003

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие……………………………………………………………………. 4

Лабораторная работа “Математическая обработка результатов

измерений и представление результатов эксперимента”…………………….. 5

2  Лабораторная работа “Определение отношения теплоемкостей

газов по методу Клемана и Дезорма”………………………………………….. 8

3  Лабораторная работа “Определение коэффициента вязкости   

жидкости с помощью капиллярного вискозиметра”………………… ………..19

4  Лабораторная работа “Определение поверхностного натяжения

жидкостей методом максимального давления в пузырьке”…………………… 28

5  Лабораторная работа “Определение поверхностного натяжения жидкостей методом отрыва капель”…………………………………………….. 35

6  Лабораторная работа “Измерение индуктивности и емкости в цепи переменного тока”………………………………………………………………….37

7  Лабораторная работа “Измерение размеров малых объектов с

помощью микроскопа”……………………………………………………………. 48

8  Лабораторная работа “Определение показателя преломления

жидкости”………………………………………………………………………… 53

9  Лабораторная работа “Определение концентрации сахара в растворе

сахариметром”…………………………………………………………………….. 59

10 Лабораторная работа “Определение длины световой волны при

помощи дифракционной решетки”……………………………………………… 67

11 Лабораторная работа “Исследование спектра испускания водорода и определение постоянной Ридберга”…………………………………………… 75

12 Лабораторная работа “Определение чувствительности фотоэлемента” 82

13 Лабораторная работа “Основы дозиметрии”…………………………… 88

Библиография……………………………………………………………………..96

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Лабораторный практикум по физике для студентов специальностей института медицинского образования направлен на систематическое изучение физических обоснований явлений, происходящих в организме, а также применяемых в клинике диагностических и лечебных методов. Он предполагает выполнение лабораторных работ с использованием приборов, применяемых в медицинской практике.

В каждой работе содержатся краткие теоретические сведения, описание лабораторной установки, порядок выполнения работы, контрольные вопросы по изучаемой теме.

Настоящее пособие облегчает студенту самостоятельную подготовку к выполнению лабораторных работ.

 

 

Порядок выполнения работы

 

Открыть кран С и проверить разность уровней в манометре – она должна быть равна нулю.

2. Закрыть кран С и открыть кран Д так, чтобы баллон был соединен с насосом.

3. Накачать некоторое количество воздуха в баллон, чтобы разность уровней в манометре составила 15 ¸ 20 см (150 ¸ 200 мм).

4. Повернуть кран Д так, чтобы отсоединить насос от баллона, при этом разность уровней в манометре сначала несколько убывает, а затем устанавливается неизменной. Подождав несколько минут (2 ¸ 3 минуты), записать эту разность уровней h ₁.

5. Открыть снова кран Д, сообщающий баллон с наружным воздухом, на очень короткое время (1 ¸ 2 секунды), необходимое для того, чтобы уровни в манометре выровнялись, и сразу же его закрыть.

6. После закрытия крана разность уровней жидкости в манометре начинает медленно расти и через несколько минут (2 ¸ 3 минуты) устанавливается неизменная разность уровней h ₂ – записать это значение в таблицу 2.1.

7. Повторить измерения 5 – 7 раз.

8. Вычислить отношение теплоемкостей по формуле (2.36).

9. Рассчитать среднее значение g, абсолютную и относительную погрешности.

10. Сравнить опытное значение  с теоретическим по формуле (2.30).

Таблица 2.1

№ изм.	H 1	h 2	g		Dg		e

 

2.4 Контрольные вопросы

 

1. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам.

2. Что такое внутренняя энергия и как она определяется для газов?

3. Почему теплоемкость газа зависит от способов (условий) нагревания?

4. Дать определение c_P и с_V и С_P и C_V.

5. Какая из теплоемкостей больше и почему?

6. Как связаны молярные теплоемкости С_P и C_V? Уравнение Майера.

7. Какой процесс называют изотермическим и адиабатическим?

8. Вывод уравнения адиабаты (Пуассона).

9. Как изменяется энергия газа при изотермическом и адиабатическом процессах?

 

Техника безопасности

1. Не применять больших усилий при повороте крана на баллоне.

2. При накачивании избыточного газа в баллон следить, чтобы не вылилась жидкость из манометра.

 

 

Теоретические сведения

 

Течение реальной жидкости по трубе постоянного сечения сопровождается падением статического давления. Это явление объясняется наличием у жидкости внутреннего трения (вязкости) и сопровождается переходом части ее механической энергии во внутреннюю. При ламинарном течении жидкости по трубе скорость слоев непрерывно меняется от максимальной (по оси трубы) до нуля (у стенок).

Любой из слоев тормозит движение соседнего слоя, расположенного ближе к оси трубы, и оказывает ускоряющее действие на слой, расположенный дальше от оси.

Между соприкасающимися слоями жидкости действуют касательные силы внутреннего трения. Модуль этих сил зависит от площади S слоев и градиента скорости dV/dx (изменения скорости на единицу длины в направлении, перпендикулярном скорости) и определяется законом Ньютона:

F=η(dV/dx)S,                                                                           (3.1)

где η – динамический коэффициент вязкости, численно равный силе трения, возникающей между параллельно движущимися слоями жидкости единичной площади при единичном градиенте скорости.

В системе СИ за единицу вязкости принимается вязкость жидкости, у которой сила трения между двумя соприкасающимися слоями, рассчитанная на единицу площади (1 квадратный метр), равна одному Ньютону при градиенте скорости 1  или 1 .

Единица вязкости в СИ – паскаль-секунда ():

=1

Для единицы вязкости в системе СГС установлено название “пуаз” ().

.

Вязкостью в один пуаз обладает жидкость, у которой сила трения между двумя соседними слоями, рассчитанная на 1  площади соприкосновения слоев при градиенте скорости 1 , равна одной дине:

Легко видеть, что 1 =10 =10

1 = 1 =0,1 .

На практике часто употребляется в сто раз меньшая единица вязкости – сантипуаз. Примерно такую вязкость имеет вода при 20⁰С.

1 сантипуаз = 10^-2 =10^-3 .

Вязкость других жидкостей имеет разнообразные значения. Вязкость этилового спирта при 20⁰С равна 1,2 сантипуаза, этилового эфира – около 0,2 сантипуаза. Глицерин имеет вязкость 850 сантипуазов при температуре 20⁰С и 350 сантипуазов при 30⁰С.

Вязкость некоторых жидкостей (эмульсии, суспензии, растворы полимеров) зависит от режима их течения – давления, градиента скорости. Это объясняется тем, что структурные элементы жидкости (белковые молекулы, дисперсные частицы) располагаются в потоке по-разному при разных скоростях. Такие жидкости называют неньютоновскими. Кровь (суспензия клеток крови в белковом растворе – плазме) также относится к неньютоновским жидкостям.

При течении жидкости по трубке, стенки которой смачиваются ею, можно считать, что слой жидкости, непосредственно прилегающий к внутренней поверхности трубки, прилипает к ней и остается неподвижным. Более удаленные от стенок слои скользят вдоль соседних слоев, и скорость движения жидкости возрастает по мере удаления от стенок. С наибольшей скоростью движутся частицы жидкости, находящиеся на оси трубки.

Рассмотрим стационарный поток жидкости, ламинарно текущей слева направо через трубку круглого сечения, радиус которой  (рисунок 3.1).

 

 

 

Рисунок 3.1

 

Мысленно выделим в жидкости цилиндр радиуса  и длины , ось которого совпадает с осью трубки. Обозначим давление на его торцах через  и . В стационарных условиях результирующая сил давления на основания цилиндра  уравновешивается силой вязкого трения, действующей на боковую поверхность цилиндра со стороны наружных слоев жидкости. По закону вязкого трения эта сила равна:

,                                                                         (3.2)

где  – площадь боковой поверхности цилиндра,

 – динамическая вязкость жидкости,

 – градиент скорости.

Заменяя  через площадь боковой поверхности  и приравнивая нулю сумму сил, действующих на цилиндр, можно записать:

.                                                (3.3)

Откуда выразим :

.                                                                (3.4)

Знак “–“ в формуле (3.4) свидетельствует о том, что с увеличением расстояния от оси трубки скорости частиц жидкости уменьшаются ( >0, <0).

Интегрируя, получим функцию :

,                                                            (3.5)

где С – константа интегрирования, которая может быть найдена из граничных условий. Чтобы найти ее, заметим, что скорость жидкости обращается в нуль на внутренней поверхности трубки, где жидкость “прилипает” к стенкам, т.е.  при

                                                            (3.6)

откуда .                                                             (3.7)

Таким образом, зависимость скорости частиц жидкости от расстояния до оси трубки  имеет вид:

                                                           (3.8)

 

 

 

Рисунок 3.2

 

Как следует из полученной функции (3.8), скорость жидкости квадратично меняется с радиусом  и максимальна на оси трубки при =0 (рисунок 3.2). Максимальная скорость частиц жидкости равна:

.                                                                (3.9)

Объем жидкости, протекающей через кольцевое поперечное сечение трубки радиуса  с величиной зазора  (рисунок 3.3) за промежуток времени ,равен:

,                                                                           (3.10)

а за единицу времени

.                                                                                (3.11)

 

 

 

 

Рисунок 3.3

 

Объем жидкости, протекающей за единицу времени через все поперечное сечение трубки, можно получить, проинтегрировав последнее выражение от нуля до радиуса трубки R:

.                                                                       (3.12)

Подставив функцию  в (3.12), получим:

,                                              (3.13)

откуда

.                                                               (3.14)

Полученное выражение носит название формулы Пуазейля. Величину Q называют объемной скоростью истечения жидкости или газа. Единица измерения объемной скорости истечения в СИ метр кубический на секунду (м ³/ с).

Прежде чем применять формулу Пуазейля к конкретным расчетам, всегда следует убедиться в том, что течение жидкости является ламинарным.

В реальной жизни мы редко встречаемся с ламинарным течением. Движение воды в водопроводе и в реке, движение воздуха в атмосфере практически всегда оказывается турбулентным. Разделить эти два режима можно, исследуя зависимость объемной скорости истечения от давления. При ламинарном течении объемная скорость пропорциональна разности давлений  на концах трубки:

 ~ ,                                                                 (3.15)

а при турбулентном – корню квадратному из нее:

 ~ .                                                               (3.16)

Характер течения жидкости зависит от числа Рейнольдса Re, которое определяется с помощью формулы:

Re = ,                                                                          (3.17)

где  – скорость потока,  – радиус трубки,  – плотность жидкости,  – динамический коэффициент вязкости жидкости. В гладких трубках круглого сечения течение имеет ламинарный характер, если Re <1000.

Ламинарное движение жидкости при переходе ее из широкого сосуда в капилляр устанавливается не сразу, а после того, как она пройдет расстояние a, зависящее от радиуса трубки и числа Рейнольдса:

Re.                                                                          (3.18)

Приборы, служащие для определения вязкости, называются вискозиметрами. В данной работе вязкость жидкости определяется при помощи капиллярного вискозиметра.

Вязкость жидкостей может быть определена абсолютным методом, т.е. путем непосредственного измерения линейных размеров капилляра, объема жидкости и времени ее истечения. Чтобы, пользуясь формулой Пуазейля, определить коэффициент вязкости жидкости , надо иметь возможность с большой точностью измерить все величины, входящие в формулу (3.14), что сделать довольно трудно.

Значительно проще относительный метод. В этом случае вязкость исследуемой жидкости может быть определена путем ее сравнения с известным коэффициентом вязкости другой жидкости. Относительный метод измерения вязкости является более распространенным. В этом случае нужно лишь измерить промежутки времени  и  протекания через одну и ту же капиллярную трубку строго одинакового объема двух жидкостей с коэффициентами вязкости  (известным) и  (подлежащим определению).

 

3.2 Вискозиметр Оствальда

 

Вискозиметр Оствальда (рисунок 3.4) представляет собой U-образную стеклянную трубку, в одно колено которой впаян капилляр 1 с шариком 2 в верхней части. Выше шарика поставлена метка “ а ”, ниже шарика – метка “ b ”. Внутренний объем шарика между метками равен .

Другое колено вискозиметра представляет собой широкую трубку 3. Внизу находится резервуар 4, в который через широкую трубку заливают из бюретки определенный объем дистиллированной воды, вязкость которой известна.

С помощью резиновой груши, подсоединенной к широкой трубке вискозиметра, воду из резервуара поднимают по капилляру так, чтобы ее мениск установился несколько выше метки “ а ” (либо жидкость всасывается через капиллярную трубку). Сняв грушу с трубки и удерживая вискозиметр в вертикальном положении, дают возможность воде свободно протекать через капилляр, наблюдая за понижением уровня жидкости. Когда мениск проходит мимо верхней метки “ а ”, включают секундомер и выключают его, когда мениск проходит мимо нижней метки “ b ”. Таким образом измеряют время , за которое объем  эталонной жидкости протекает через капилляр.

 

 

                                 Рисунок 3.4

 

В капиллярном вискозиметре диаметр капилляра и перепад давления на нем подобраны так, что течение жидкости в капилляре всегда является ламинарным.

Для расчета процесса течения эталонной жидкости через капилляр воспользуемся формулой Пуазейля. Разность давлений  на концах капилляра в вискозиметре Оствальда

P₁-P₂=ρgh,                                                                          (3.19)

где ρ – плотность жидкости, g– ускорение свободного падения.

С учетом сказанного формула Пуазейля в применении к жидкости, протекающей по капилляру вискозиметра, принимает вид:

V=πR⁴ρghτ/8ηl,                                                                       (3.20)

где  – промежуток времени протекания через капилляр вискозиметра исследуемой жидкости, плотность которой , а вязкость .

Для эталонной жидкости:

V=πR⁴ρ₀ ghτ₀ /8η₀ l                                                                  (3.21)

Приравнивая друг к другу правые части выражений (3.20) и (3.21), получаем после сокращения:

r₀t₀/h₀=rt/h.                                                                      (3.22)

Зная коэффициент внутреннего трения h₀ одной жидкости, легко найти коэффициент внутреннего трения  другой жидкости, если известны r₀, , а также t₀, .

h=h₀rt/r₀t₀                                                                              (3.23)

Эта формула является окончательной. Плотность воды при различных температурах приведена в таблице 1 приложения. Значение вязкости дистиллированной воды при комнатной температуре следует взять из таблицы 2 приложения.

 

Приложение

Таблица 1. Плотность воды при различных температурах.

t,^0C	ρ0, г/см^3	t,^0C	ρ0,г/см^3
0	0,99987	15	0,99913
1	0,99993	16	0,99897
2	0,98997	17	0,99880
3	0,99999	18	0,99862
4	1,00000	19	0,99843
5	0,99999	20	0,99823
6	0,99997	21	0,99802
7	0,99993	22	0,99780
8	0,99988	23	0,99757
9	0,99981	24	0,99732
10	0,99973	25	0,99707
11	0,99963	26	0,99681
12	0,99952	27	0,99654
13	0,99940	28	0,99626
14	0,99927	29	0,99597

 

Таблица 2 Вязкость воды в интервале температур 0 – 100⁰С

Температура, ^0С	Вязкость	Температура, ^0С	Вязкость
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 92 93 94 95 96	1,7921 1,7313 1,6728 1,6191 1,5674 1,5188 1,4728 1,4284 1,3860 1,3462 1,3077 1,2713 1,2363 1,2028 1,1709 1,1404 1,1111 1,0828 1,0559 1,0299 1,0050 0,9810 0,9579 0,9358 0,9142 0,8937 0,8737 0,8545 0,8360 0,8180 0,8007 0,7840 0,7679 0,7523 0,7371 0,7225 0,7085 0,6947 0,6814 0,6685 0,6560 0,6439 0,6321 0,6207 0,6097 0,5988 0,3095 0,3060 0,3027 0,2994 0,2962	46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 97 98 99 100	0,5883 0,5782 0,5683 0,5588 0,5494 0,5404 0,5315 0,5229 0,5146 0,5064 0,4985 0,4907 0,4832 0,4759 0,4688 0,4618 0,4550 0,4483 0,4418 0,4355 0,4293 0,4233 0,4174 0,4117 0,4061 0,4006 0,3952 0,3900 0,3849 0,3799 0,3750 0,3702 0,3655 0,3610 0,3565 0,3521 0,3478 0,3436 0,3395 0,3355 0,3315 0,3276 0,3239 0,3202 0,3195 0,3130 0,2930 0,2899 0,2868 0,2838

 

Коэффициент вязкости жидкости зависит от температуры, и поэтому необходимо указывать температуру, при которой он был получен.

 

3.3 Приборы и принадлежности: вискозиметр Оствальда, дистиллированная вода, исследуемая жидкость, секундомер, резиновая груша.

 

Порядок выполнения работы

 

При комнатной температуре определите продолжительность протекания через капилляр вискозиметра объема дистиллированной воды, заключенного между метками “ а ” и “ b ”. Повторите измерения три раза.

Определите плотность воды  и коэффициент вязкости воды η₀ при комнатной температуре, а также плотность исследуемой жидкости ρ.

.Определите продолжительность протекания через капилляр вискозиметра объема исследуемой жидкости, заключенного между метками “ а ” и “ b ”. Повторите измерения три раза. Результаты занесите в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1

, кг/м^3	ρ, кг/м^3	η0, Па с	η, Па с	Δη, Па с	τ0, с	τ, с

Вычислите коэффициент вязкости исследуемой жидкости по формуле:

h=h₀rt/r₀t₀

5. Рассчитайте относительную и абсолютную погрешности коэффициента динамической вязкости:

e= Δt/t+ Δt₀/t₀+ Δr₀/r₀+ Δr/r+ Δh₀/h₀                                   (3.24)

Δh=he                                                                                (3.25)

 

3.5 Контрольные вопросы

Что такое сила внутреннего трения?

Напишите уравнение Ньютона для течения вязкой жидкости.

Как зависит вязкость жидкости от температуры?

Выведите формулу Пуазейля.

Выведите формулу для определения вязкости жидкости методом Оствальда.

Опишите устройство и принцип работы медицинского вискозиметра.

 

Техника безопасности

 

Вискозиметр Оствальда изготовлен из стекла, поэтому следует быть осторожными.

 

 

Теоретические сведения

 

Рассмотрим особенности строения жидкостей, характеризующиеся так называемым ближним порядком.

По теории Я.И.Френкеля тепловое движение в жидкости заключается в том, что каждая молекула в течение некоторого времени находится в определенном месте всей массы жидкости, совершая колебания возле положения равновесия. Периодически молекула перескакивает на новое место так называемой «оседлой» жизни, совершая колебания относительно нового положения равновесия. Таким образом, молекулы жидкости перемещаются по всей массе вещества, что роднит их с газами, хотя в жидкостях эти перемещения происходят гораздо медленнее.

На границе раздела жидкости с газообразной средой, с другой несмешивающейся жидкостью или с твердым телом наблюдается явление, называемое поверхностным натяжением, проявляющееся в том, что поверхность жидкости образует упругую пленку.

Рассмотрим рисунок 4.1. Выясним отличие молекулы А, находящейся на поверхности, от молекул внутри жидкости. Любая молекула, находящаяся внутри жидкости, притягивается окружающими ее молекулами одинаково и действие этих сил притяжения скомпенсировано. На молекулу А, расположенную в поверхностном слое, молекулы, расположенные в глубине жидкости, действуют с силами, результирующая которых направлена внутрь жидкости. Эта сила F_д обуславливает наличие давления верхних слоев жидкости на нижние.

 

 

 

Рисунок 4.1

 

Чтобы переместить молекулу, находящуюся в глубине жидкости, на поверхность, надо совершить работу против силы F_д, поэтому молекулы поверхностного слоя обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы, расположенные в глубине жидкости. Для того, чтобы увеличить площадь поверхности жидкости на величину ΔS, надо совершить работу А. Величина, численно равная работе, которую надо совершить, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу, называется коэффициентом поверхностного натяжения: σ=А/ ΔS

Сумма касательных составляющих F_к по отношению к каждой молекуле равна нулю, а в целом для жидкости эти силы обуславливают поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение характеризуют силой F_п, приложенной к контуру, ограничивающему поверхность жидкости. Эта сила в каждой точке контура направлена по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно линии контура так, что стремится сократить свободную поверхность жидкости.

Рассмотрим мыльную пленку, натянутую на каркас с подвижной нижней планкой mn. (рисунок 4.2).

Силы поверхностного натяжения F_п, действующие вдоль контура mn, стремятся сократить поверхность пленки, чтобы переместить планку mn на расстояние ΔX, следует приложить силу F=2 F_п (так как пленка имеет две поверхности: переднюю и заднюю). При этом площадь увеличивается на величину

ΔS=2lΔX,                                                                 (4.1)

а совершаемая работа

A=FΔS=2F_пΔX.                                                    (4.2)

Коэффициент поверхностного натяжения равен

σ=A/ΔS=2F_п ΔX/2lΔX=F_п /l.                                                             (4.3)

 

 

 

Рисунок 4.2

 

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины контура:

σ =F_п /l.                                                                               (4.4)

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости и ее температуры, но не зависит от формы и размеров поверхности. Единицы его измерения в СИ - ньютон на метр, в системе СГС - дина на сантиметр.

В диагностических целях определяют коэффициент поверхностного натяжения мочи, который в норме составляет 70 дин/см. и при наличии в моче желчных пигментов значительно снижается.

Поверхностное натяжение растворов отличается от поверхностного натяжения чистых жидкостей. Например, для воды сахар повышает, а поваренная соль и другие электролиты его понижают. Вещества, которые в самой малой концентрации значительно снижают поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными.

Поверхностно-активными, как правило, являются вещества, способные адсорбироваться на поверхности жидкости, образуя мономолекулярный слой, в котором действуют молекулярные силы, отличные от чистой жидкости. Адсорбционные силы, вытесняющие молекулы поверхностно-активного вещества на поверхность растворителя, противодействуют силам, втягивающим молекулы растворителя в глубину жидкости, которые и образуют поверхностное натяжение. Поэтому поверхностное натяжение значительно снижается. Поверхностно-активные вещества содержатся как в соках растений, так и во многих жидких средах животных организмов.

 

Описание установки

Прибор для измерения поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке разработан Ребиндером П.А. (рисунок 4.5)

Прибор состоит из наполненного водой аспиратора N, соединенного с манометром и закрытым сосудом В, заполненным исследуемой жидкостью. Сосуд В помещается в стакан с водой, которая может подогреваться. Если закрыть кран К и открыть кран аспиратора, то вода начнет вытекать из него Это приведет к понижению давления в аспираторе, а следовательно, и в соединенном с ним сосуде В. При некоторой разности давлений (между атмосферным и давлением внутри сосуда В) в жидкость через капилляр будет проталкиваться пузырек воздуха. Под действием сил поверхностного натяжения поверхностный слой жидкости искривляется, что приводит к появлению дополнительного давления на жидкость, которое направлено в сторону вогнутости искривленной поверхности.

 

 

Рисунок 4.5

 

Пузырек имеет сферическую форму, в этом случае дополнительное давление равно

Р=2σ/R,                                                                                   (4.7)

где R-радиус кривизны поверхности.

В момент отрыва пузырька выполняется равенство:

Р_ат=Р+ΔР или ΔР= Р_ат–Р. Разность давлений ΔР измеряется манометром. Используя (4.7), получим:

σ= R ΔР/2                                                                                (4.8)

Поверхностное натяжение может быть определено по формуле (4.8), однако, сложно определить радиус R, входящий в данное выражение. На практике применяют относительный метод. Сначала проводят измерения ΔР₀ с эталонной жидкостью, поверхностное натяжение σ₀ которой известно. В этом случае:

σ₀ = R ΔР₀ /2                                        (4.9)

Поверхностное натяжение исследуемой жидкости:

σ= R ΔР/2                                            (4.10)

Разделив (4.10) на (4.9), получим:

σ/ σ₀= ΔР/ ΔР₀                                      (4.11)

Из этой формулы выразим σ:

σ=σ₀ΔP/ΔP₀                                                   (4.12)

 

4.4Приборы и принадлежности: установка для определения коэффициента поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке, исследуемая жидкость, плитка, термометр.

 

 

Порядок выполнения работы

 

Налейте в аспиратор воду до уровня бокового отростка.

Закройте кран К.

Откройте кран аспиратора так, чтобы изменение давления происходило медленно и можно было легко отсчитывать уровни жидкости в коленах манометра в момент отрыва пузырьков в сосуде В.

В момент отрыва пузырька произведите отсчет Н₁ по левому колену манометра и Н₂ по правому колену. Измерения произведите не менее трех раз и вычислите средние значения <H₁> и <H₂>.

Вычислите ΔP₀=|<H₁>-<H₂>|.

Определите по таблице значение σ₀ для дистиллированной воды при комнатной температуре. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.1.

Опустите сосуд В в сосуд с подогретой водой и произведите аналогичные измерения при различных температурах. Вычислите поверхностное натяжение по формуле (4.12). Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 4.2.

Постройте график зависимо