Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема экспериментальной установки для измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости изображена на рис.1.

 

Рис.4.1. Принципиальная схема установки

 

На массивном штативе 1 закреплен держатель 2 с пружиной 3, тарелочкой 4 и кольцом 5.

Держатель с помощью винта может перемещаться как вдоль штатива, так и вокруг него. В нижней части штатива укреплен микрометрический винт 7 с сосудом 6 для жидкости.

Отрыв кольца от жидкости, с которой оно соприкасается, производится опусканием сосуда с помощью микрометрического винта. При этом по растяжению пружины, измеряемому микрометрическим винтом, определяется сила  в момент отрыва кольца.

Сила , возникающая при растяжении пружины, определяется, как известно, законом Гука (естественно, если растяжение небольшое, т.е. в пределах упругости пружины):

,                                               (2.1)

 где - удлинение пружины, а - жесткость пружины, равная силе, возникающей при удлинении, равном единице. Чтобы пользоваться пружиной как динамометром, нужно, прежде всего, определить коэффициент , т.е. проградуировать пружину.

Для этого убирают сосуд с жидкостью с подставки и устанавливают положение микрометрического винта вблизи нулевого. Затем, вращая винт на штативе и перемещая при этом тарелочку с кольцом, приводят кольцо в контакт с подставкой. Записывают показания микрометрического винта и обозначают это показание . Оно соответствует положению микрометрического винта при отсутствии нагрузки на пружину.

Затем помещают на тарелочку последовательно гирьки массой 0,5; 1; 1,5 г и т.д. каждый раз отмечая положения на микрометрическом винте (естественно нагружают пружину в пределах показаний микрометрического винта). Если обозначить значения микрометрического винта, соответствующие нагрузке на пружину , через  (где число измерений), то удлинение пружины  будет равно . Тогда коэффициент жесткости пружины будет определяться выражением

                                        (2.2)

где  - ускорение свободного падения;  - масса - ой гирьки.

Методика проведения эксперимента

Подготовка к опыту:

Ознакомиться с описанием работы и лабораторной установкой, ответить на контрольные вопросы и проверить готовность к работе на ЭВМ.

Задание:

1. Вышеописанным способом определить жесткость пружины. Измерения проделать 7 - 10 раз. Результаты занести их в таблицу.

 

Экспериментальные данные

 

№, п.п	mi, г	li, мм	l0, мм	li-l0, мм	ki, Н/м	, Н/м

 

2. Рассчитать среднее значение и его среднеквадратичную ошибку :

                                                           (3.1)

                                            (3.2)

3. С помощью штангенциркуля определить внутренний  и внешний  диаметр кольца в 5 - 6 местах.

4. Рассчитать среднее значение  и  и их среднеквадратичную ошибку. Сравнить с систематической ошибкой измерения диаметров.

5. Протереть кольцо спиртом или ацетоном и подвесить его на пружину.

6. Налить в сосуд исследуемую жидкость (чаще всего дистиллированную воду).

7. Перемещая держатель, подвести кольцо к поверхности жидкости на расстоянии 5 - 6 мм от нее. Поворотом кольца на подвесе добиться параллельности среза кольца с поверхностью исследуемой жидкости.

8. Микрометрическим винтом поднять столик до соприкосновения кольца с поверхностью жидкости. Убедиться в полном касании кольца и записать показания на шкале микрометрического винта. Это нулевое положение на шкале микрометра  (лучше, чтобы оно было ближе к нулю микрометра).

9. Медленно опускать столик с жидкостью при помощи микрометрического винта. Зафиксировать момент отрыва кольца от жидкости визуально и на микрометре .

10. Повторить опыт 5 - 7 раз.

11. Из полученных значений вычислить удлинение пружины в момент отрыва кольца , среднее значение удлинения  и его среднеквадратичную ошибку :

                                               (3.3)

                                              (3.4)

Сравнить с систематической ошибкой измерения удлинения микрометром.

12. Определить средний коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости:

                                                             (3.5)

и погрешность его измерения:

                                        (3.6)

13. Сделать выводы.

 

4.4.  Контрольные вопросы

 

1. Что такое коэффициент поверхностного натяжения?

2. Объясните, почему у всех веществ поверхностное натяжение уменьшается с ростом температуры? Когда оно становится равным нулю?

3. Как вы думаете, что характеризует поверхностное натяжение жидкости: только ее свойства или также свойства окружающей среды?

4. Правильно ли говорить просто о поверхностном натяжении воды или следует говорить о поверхностном натяжении воды на границе раздела конкретных фаз?