Теплового расширения жидкости.

 

Термометр 1 (рис. 1.1) имеет стеклянный баллон с капилляром, заполненный термометрической жидкостью, и шкалу. Принцип его действия основан на тепловом расширении жидкостей. Изменение температуры окружающей среды приводит к соответствующему изменению объёма термометрической жидкости и её уровня в капилляре. Уровень указывает на шкале значение температуры.

 

Коэффициент теплового расширения термометрической жидкости определяется на основе мысленного эксперимента. Предполагается, что температура окружающей среды повысилась от нижнего (нулевого) до верхнего предельного значения термометра и уровень жидкости в капилляре возрос на величину l.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Подсчитать общее число градусных делений ∆ T на шкале термометра и измерить расстояние l между крайними штрихами шкалы.

 

2. Вычислить приращение объема термометрической жидкости

 

∆ W = πr ² l,

 

где r – радиус капилляра термометра (указан на термометре).

 

3. С учётом начального (при 0°С) объёма термометрической жидкости W (значение приведено на термометре) найти коэффициент теплового расширения β _T = (∆ W / W)/∆ T и сравнить его со справочным значением β _T ^*.

 

Измерение плотности жидкости ареометром.

 

Ареометр 2 (рис. 1.1) служит для определения плотности жидкости поплавковым методом.

Он представляет собой пустотелый цилиндр с миллиметровой шкалой и грузом в нижней части.

Благодаря грузу ареометр плавает в исследуемой жидкости в вертикальном положении. Глубина погружения ареометра является мерой плотности жидкости и считывается со шкалы по верхнему краю мениска жидкости вокруг ареометра. В обычных ареометрах шкала отградуирована в значениях плотности.

 

Порядок выполнения измерения.

1. Измерить глубину погружения h ареометра по миллиметровой шкале на нём.

2. Вычислить плотность жидкости по формуле

 

r = 4 m /(πd ² h),

 

где m и d – масса и диаметр ареометра (значения приведены на ареометре).

 

Эта формула получена путём приравнивания силы тяжести ареометра G = mg и выталкивающей (архимедовой) силы F _{A =} ρgW, где объём погружённой части ареометра W =

hπd ² /4.

3. Сравнить опытное значение плотности ρ со справочным значением ρ *.

 

Определение вязкости вискозиметром Стокса.

 

Вискозиметр Стокса 3 (рис. 1.1) содержит цилиндрическую ёмкость, заполненную исследуемой жидкостью, и шарик. Прибор позволяет определить вязкость жидкости по времени падения шарика в ней.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Повернуть устройство в вертикальной плоскости на 180° и зафиксировать секундомером время t прохождения шариком расстояния l между двумя метками в приборе. Шарик должен падать по оси ёмкости без соприкосновения со стенками. Опыт выполнить три раза, а затем определить среднеарифметическое значение времени t.

 

2. Вычислить опытное значение коэффициента кинематической вязкости жидкости по формуле

 

n = [ gd ² t (ρ _ш /ρ – 1)] / [ t ( 18 + 43,2 d / D ].

 

Где g – ускорение свободного падения; d, D – диаметры шарика и цилиндрической емкости; ρ, ρ _ш– плотности жидкости и материала шарика (значения ρ _ши d приведены на вискозиметре).

 

Измерение вязкости капиллярным

Вискозиметром.

 

Капиллярный вискозиметр 4 (рис.1.1) включает ёмкость с капилляром. Вязкость определяется по времени истечения жидкости из ёмкости через капилляр.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1..     Перевернуть устройство в вертикальной плоскости и определить секундомером время t истечения через капилляр объёма жидкости между метками из ёмкости вискозиметра 4 и температуру Т по термометру 1.

 

Вычислить значение коэффициента кинематической вязкости по формуле

 

ν = Mt,

 

где M – постоянная прибора (приведена на вискозиметре), и сравнить его со справочными данными.

 

Измерение поверхностного натяжения

Сталагмометром.

 

Сталагмометр 5 (рис. 1.1) служит для определения поверхностного натяжения жидкости методом отрыва капель и содержит ёмкость с капилляром, расширенным на конце для накопления жидкости в виде капли. Сила поверхностного натяжения в момент отрыва капли равна её весу (силе тяжести) и поэтому определяется по плотности жидкости и числу капель, полученному при опорожнении ёмкости с заданным объёмом.

 

Порядок выполнения измерения.

 

1. Перевернуть устройство и подсчитать число капель, полученных в сталагмометре 5 из объёма жидкости, заключённого между двумя метками. Опыт повторить три раза и вычислить среднее арифметическое значение числа капель п.

 

2. Найти опытное значение коэффициента поверхностного натяжения по формуле

 

σ = Kρ / n,

где К – постоянная сталагмометра,

и сравнить его со значением σ^* справочной литературы.

 

Таблица 1.1

Свойства жидкостей