Определение коэффициента поверхностного натяжения

Цель работы: отработать один из приёмов определения коэффициента поверхностного натяжения

Оборудование:

1. капельница с водой

2. стакан

3. весы с разновесами

Общие требования безопасности

1.1.Для проведения лабораторной работы допускаются учащиеся, прошедшие инструктаж по охране труда.

1.2.Опасные производственные факторы:

- порезы рук при небрежном обращении с приборами из стекла;

- травмы при неосторожном обращении с колющими предметами;

1.3. При получении учащимся травмы оказать первую помощь

пострадавшему, сообщить об этом администрации учреждения и

родителям пострадавшего, при необходимости отправить его в

ближайшее лечебное учреждение.

1.4. Учащиеся должны соблюдать правила поведения во время лабораторной работы, не поворачиваться к учащимся, которые сидят за ними.

1.5. После окончанию лабораторной работы тщательно вымыть руки с мылом.

Требованию безопасности перед началом работы

2.1. Внимательно изучить содержание и порядок выполнения работы, а также безопасные приёмы выполнения.

2.2. Подготовить рабочее место к работе, убрать посторонние предметы. Провести размещение приборов и оборудования таким образом, чтобы исключить их падение.

2.3. Проверить целостность приборов из стекла.

Требования безопасности во время работы

3.1.Точно выполнять указания учителя при проведении работы, без его разрешения не выполнять никаких работ.

3.2.Соблюдать осторожность при работе с приборами из стекла, не бросать, не ронять их.

3.3.Соблюдать особую осторожность с колющими предметами.

3.4.Разновесы брать пинцетом.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1. В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла, не собирать их осколкинезащищенными руками, а использовать для этой цели щетку и совок.

4.2. При получении травмы, оказать первую помощь пострадавшему, сообщить об этомадминистрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебноеучреждение.

5. Требования безопасности по окончании работы

5.3. Сдать учителю приборы, оборудование, материалы.

5.4. Привести в порядок рабочее место и тщательно вымыть руки с мылом.

Теоретические сведения

Внутреннее строение жидкостей сложнее строения газов. Во-первых, мы считаем в газах молекулы свободными, движущимися независимо друг от друга, если только не считать их случайных столкновений между собой. В жидкостях молекулы настолько сближены, что столкновения между ними должны происходить несравненно чаще, чем в газах. Вследствие этого каждая молекула должна двигаться около некоторого среднего своего положения, меняющегося сравнительно медленно, т. е. постепенное перемещение молекул с одного места на другое в жидкостях происходит в течение большего промежутка времени, чем в газах.

Во-вторых, поскольку межмолекулярные промежутки в жидкостях невелики, то пренебрегать силами взаимодействия молекул нельзя. Эти силы называют силами сцепления и их величина уменьшается в зависимости от расстояния значительно быстрее, чем у силы гравитационного взаимодействия. В жидкостях наличие этих сил постоянно обнаруживается во множестве разнообразных явлений и притом в особенности вблизи их поверхности.

Когда молекула находится внутри жидкости, то она со всех сторон окружена такими же молекулами, действующими на нее с силами сцепления.

Когда молекула находится на поверхности (воображаемой) жидкости, то равномерность распределения молекул внутри сферы частичного взаимодействия нарушается (вне жидкости – газ, и число молекул в единице объема в миллионы раз меньше, чем в жидкости) и равнодействующая сил сцепления направлена внутрь жидкости перпендикулярно ее поверхности, молекула как бы втягивается внутрь жидкости силой, удерживающей ее от вылета из жидкости.

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: , где - коэффициент пропорциональности (выражается в или ), называемый поверхностным натяжением:

, (1)

где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

    Коэффициент поверхностного натяжения воды можно определить, воспользовавшись расчетной формулой

,   (2)

где m – масса капли, g – ускорение свободного падения, d – диаметр отверстия капельницы (известен и указан на корпусе).

Порядок выполнения работы

1. Определить массу пустого стакана.

2. Из капельницы в стакан капать 60 – 70 капель. Капли считают.

3. Определить массу стакана с водой.

4. По разнице масс найти массу воды в стакане.

5. Найти массу одной капли (разделить массу воды на число капель в стакане).

6. По формуле (2) вычислить коэффициент поверхностного натяжения.

7. Опыт повторить 2 раза с другим количеством капель.

8. Данные измерений и расчетов занести в таблицу 1, где М – общая масса капель; N – число капель в стакане; m – масса одной капли;  - коэффициент поверхностного натяжения воды.

Таблица 1.

№ опыта	М, кг	N	m, кг
1
2
3

 

9. Полученное значение сравнивают с табличным.

Дополнительное задание:

установить зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры. Повторить опыт с водой, имеющей температуру около 60 ⁰С.

Контрольные вопросы:

1. Что называется поверхностным натяжением, в каких единицах измеряется

2. Что такое поверхностный слой жидкости и каковы его основные свойства?

3. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

4. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

5. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте земли?

Лабораторная работа № 6