Измерение коэффициента поверхностного натяжения
Жидкости в клиновидном слое
Экспериментальная установка состоит из двух стеклянных пластин, устанавливаемых в коробку с исследуемой жидкостью, и отрезков тонкой проволоки.
Этот метод является разновидностью капиллярного и состоит в следующем. Вместо капиллярной трубки применяется система из двух плоских стекол и калиброванной проволоки, сложенных таким образом, что между стеклами образуется тонкий клиновидный воздушный промежуток (рис.7).
Опустив систему основанием клина в воду можно наблюдать продвижение жидкости в сторону большей толщины клина. Если система выставлена вертикально, то подъем прекращается тогда, когда гидростатическое давление столба p = ρ ghoвыровняется с «лапласовым» давлением мениска. В данном случае поверхность имеет цилиндрическую форму, поэтому один из радиусов в формуле рл = σcosβ (1/ R 1 + 1/ R 2 ) можно принять равным бесконечности. Следовательно, в данном методе для определения коэффициента поверхностного натяжения следует пользоваться формулой
σ=R ρ gh0 /cos b (9)
Как видно из рисунка радиус этой цилиндрической поверхности с незначительной погрешностью можно определить из геометрических соображений по формуле R = Dho /2 L
Измерения. 1. Тщательно очистите салфеткой рабочие (внутренние) поверхности стеклянных пластин.
2. Измерьте микрометром диаметр D проволоки, выпрямите ее и вложите между пластинами на расстоянии 0,5-1,0 см от края пластины параллельно ему.
|
|
|
3. Закрепите соединенные пластины прищепкой и измерьте линейкой расстояние L от основания клина до проволоки.
4. Установив пластины в коробку с жидкостью, проследите за тем, как жидкость поднимается по капиллярному клину. Жидкости в коробке должно быть так мало, чтобы основание клина только-только касалась её поверхности.
5. Когда подъем жидкости прекратится, измерьте высоту столба h 0.
6. Приняв cos b = 0.9, вычислите величину коэффициента поверхностного натяжения.
7. Опустив пластины основанием на сухую салфетку можно за счет капиллярных её свойств уменьшить высоту столба жидкости в клине, после чего опыт с измерением h 0 можно повторить.
8. Проделайте не менее 5 опытов, и после математической обработки сделайте вывод из экспериментальных наблюдений.
Дополнительное задание: Разберите клин и соберите вновь «грязными» сторонами внутрь. Повторите измерение h и определите коэффициент поверхностного натяжения. Сделайте вывод из этих наблюдений и объясните причины.
Измерение коэффициента поверхностного натяжения
Жидкости методом капель
Особым образом «лапласово» давление проявляет себя при формировании капель жидкости. Рисунок 8 иллюстрирует формирование и рост капли до момента ее отрыва в поле силы тяжести. Очевидно, что отрыву предшествует выравнивание двух сил – силы тяжести и силы поверхностного натяжения:
|
|
|
mg = σ 2π r ,
куда входят: масса капли, радиус капилляра и коэффициент поверхностного натяжения. Отсюда имеем формулу и метод определения коэффициента поверхностного натяжения:
σ = mg/2 π r (10)
Суть метода сводится к тому, чтобы определить массу одной медленно «выросшей» капли и измерить длину окружности по границе поверхностного слоя в самой узкой части «шейки» капли в момент обрыва. Эта длина совпадает с длиной окружности наружной цилиндрической части трубки, из которой вытекает капля.
Экспериментальная установка для измерения коэффициента поверхностного натяжения методом капель состоит из основания, на котором закреплена трубка бюретки, проградуированная в миллилитрах (кубических сантиметрах). Цена деления 0,2 мл. Гибким шлангом трубка соединяется с одной из двух инъекционных игл, концы которых отпилены перпендикулярно оси. Шланг снабжен зажимом, при помощи которого можно регулировать скорость истечения жидкости из бюретки.
|
|
|
Измерения. 1.Изучите конструкцию экспериментальной установки. При помощи измерительного микроскопа определите наружные радиусы инъекционных игл.
2. Зажимом перекройте шланг (верхнее положение колесика) и заполните бюретку исследуемой жидкостью, подставьте под иглу стакан для сбора жидкости.
3. Проверьте соединение нижнего конца шланга с иглой и, медленно открывая зажим, создайте такой поток, когда капли следуют друг за другом с интервалом не менее 5 секунд.
4. По делениям бюретки определите количество N капель, составляющих 1 мл жидкости. Опыт проделайте не менее 5 раз.
5. Используя плотность жидкости, определите массу одной капли: m =ρ/ N. Плотность воды принять равной 1 г/мл.
6. Усредните экспериментальные результаты и по формуле (10) рассчитайте величину коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 170; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!