Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца.

Установка для определения величины σ (весы Жоли) изображена на рис. 5. Кольцо 1, изготовленное из материала, который хорошо смачивается исследуемой жидкостью, подвешивается на пружине дина­мометра 2. Динамометр прикрепляется к кронштейну, жестко связанно­му со штангой 5. Вдоль штанги передвигается столик 4, на котором устанавливается кювета 3 с исследуемой жидкостью. Кольцо 1 опуска­ется в жидкость. При попытке оторвать кольцо от поверхности жид­кости по внешней и внутренней окружностям кольца образуется плен­ка. Суммарная длина пленки

L = πD+π(D-2d),

где D - наружный диа­метр кольца, d - диаметр проволоки, из которой сделано кольцо. По­этому, в соответствии с (3), получим:

, (9)

где F - сила отрыва кольца от поверхности жидкости. Эта сила измеря­ется стрелкой динамометра 2 по шкале, проградуированной в миллиньютонах (1 mН = 10^-3 Н). Перед опусканием кольца в жидкость по шкале дина­мометра измеряют силу (с точностью 0,1 mH), растягивающую пружину 2 - силу тяжести, действующую на кольцо.

Рис. 5. Схема установки для определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца: 1 – металлическое кольцо, 2 - динамометр, 3 – кювета с жидкостью, 4 – передвижной столик, 5 - штанга.

 

Для измерения силы F кронштейн со всем устройством медленно опускают в жидкость вплоть до полного касания кольцом поверхности жидкости. Затем медленно поднимают его, растягивая тем самым пружину 2. (То же самое можно проделать, поднимая и опуская кювету с исследуемой жидкостью). В момент отрыва кольца от поверхности жидкости за­мечают показания динамометра (с той же точностью 0,1 mН). Это пока­зание, за вычетом показания динамометра перед опусканием кольца, и представляет собой искомую силу F.

 

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Методом компенсации разности давлений в капилляре.

Как отмечалось в п. 2.4, для определения коэффициента поверх­ностного натяжения σ можно использовать формулу (8). Однако измерить точно высоту поднятия жидкости в капилляре трудно. В данной работе используется метод компенсации разности давлений. Если соз­дать в капилляре над жидкостью избыточное давление, то при некото­ром его значении P_изб уровень жидкости в капилляре сравнятся с уров­нем жидкости в сосуде. Это избыточное давление можно измерить ма­нометром:

P_изб = ρ_жgH (10)

где ρ_ж - плотность манометрической жидкости, Н - разность высот в коленах манометра. Тогда коэффициент поверхностного натяжения вычисляется по формуле:

(11)

где r - радиус капилляра.

 

4.1. Описание установки.

Установка (рис. 6) представлявляет собой два специальных столика, на кото­рых размещены: капилляр 1, сосуд с исследуемой жидкостью 2, широкий стакан с водой 3, спиртовой манометр 4. Широкая метал­лическая трубка 5 соединяет составные части установки. Один ее конец с помощью резиновой пробки вставляется в капилляр 1, широкий отросток металлической трубки 6 и стакан с водой служат для изменений давления в системе, другой конец трубки присоединен к манометру 4. Столик 7 можно под­нимать и опускать винтом 8.

Рис. 6. Схема установки для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом компенсации разности давлений в капилляре.

Порядок выполнения работы.

5.1. Определение σ по методу отрыва кольца.

Методом отрыва кольца (см. раздел 3) провести измерения коэф­фициента поверхностного натяжения трех исследуемых жидкостей: во­ды, глицерина и машинного масла. Проделать по 5 опытов для каждой из жидкостей, результаты занести в таблицу 1. Учесть, что диаметр кольца D = 2 см, диаметр проволоки d = 1 мм.

Таблица 1.

	F	σ	σср	σср ± Δσ
Вода
2…
Глицерин
2…
Машинное масло
2…

5.2. Определение σ капиллярным методом.

1. Промыть капилляр 1 сначала водопроводной, потом дистилли­рованной водой, а затем исследуемой жидкостью. Поместить его с помощью пробки в установку и опустить в сосуд с исследуемой жид­костью 2 (рис. 5).

2. Вращая винт 8, медленно поднимать столик 7; вода заполняет объем отростка 6 и в системе повышается давление.

3. В момент, когда уровень жидкости в капилляре 1 сравняется с поверхностью исследуемой жидкостью, произвести отсчет Н разности уровней по манометру.

4. Опыт повторить 5-7 раз. Результаты измерений записать в таб­лицу 2.

5. По формуле (11) вычислить значение коэффициента поверх­ностного натяжения исследуемой жидкости, учитывая, что диаметр ка­пилляра равен 0,95 мм. Вычислить погрешности измерений. Предста­вить результат, указав температуру опыта.

6. Повторить измерения (пп. 1-5) для всех заданных жидкостей (вода, глицерин, машинное масло). Результаты свести в таблицу 2. Сде­лать выводы.

Таблица 2.

	H	σ	σср	σср ± Δσ
Вода
2…
Глицерин
2…
Машинное масло
2…

 

 

6. Контрольные вопросы.

1. Суть явления поверхностного натяжения. Определение коэффициента поверхностного натяжения.

2. Краевые углы. Смачивание и несмачивание.

3. Определить дополнительное давление Лапласа для цилиндрической поверхности жидкости.

4. Определить дополнительное давление Лапласа сферической по­верхности жидкости.

5. Капиллярные явления. Опустится или поднимется уровень жидкости в капилляре, если жидкость:

а) не смачивает капилляр,

б) смачивает капилляр?

Почему?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2-3