Определение поверхностного натяжения жидкости

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Краткое теоретическое обоснование

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А.

А = s × D S, где s - коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м² или Н/м), называемый поверхностным натяжением:

s = , или s = .

Поверхностное натяжение можно определить различными путями, в том числе

Метод отрыва капель

 

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F = m_к g равна силе поверхностного натяжения, граница поверхности – окружность шейки капли. Следовательно:  

F = m_к × g; l  = p × d _{ш к}; s =

Опыт показывает, что d_{ш к} = 0,9d_к  , где d_к  - диаметр канала узкого конца бюретки.

 

Оборудование: бюретка с краном, весы учебные с разновесом, сосуд для сбора капель, штангенциркуль.

 

Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки с помощью штангенциркуля.

2. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

3. Плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

4. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

5. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

7. Вычислить поверхностное натяжение по формуле: s =

8. Опыт повторить,  добавив в сосуд с водой еще 50 капель.

9. Найти среднее значение s_ср

10. Определить относительную погрешность.

 

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

 

Масса			Число капель, n	Диаметр		Поверхностное    натяжение s, Н/м	Среднее значение поверхностного натяжения sс р, Н/м	Табличное значение поверхностного натяжения sтабл , Н/м	Относительная погрешность d, %
пустого сосуда m1, кг	сосуда с каплями m2, кг	капель mк, кг		Канала бюретки  dк , м	Шейки капли dшк, м

Контрольные вопросы

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3. В двух одинаковых пробирках одинаковое количество капель

воды. В одной вода с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель?

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Почему в данной работе:

а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?