Физический практикум для инженерного класса, практическая работа № 3 "Определение поверхностного натяжения жидкости"

Практическая работа № 3

Тема: Определение поверхностного натяжения жидкости.

Цель: научиться определять коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: бюретка с краном, штатив, весы учебные с разновесом, сосуд с водой, сосуд для сбора капель, микрометр.

Теоретические сведения

М олекулы 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=σ•ΔS, где σ - коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением: σ=А/ΔS, или σ=F/l, где F- сила поверхностного натяжения, l - длина границы поверхностного слоя.

Определим поверхностное натяжение методом отрыва капель. Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость (рис.1,а). Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно капали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести её

Р = m_кg равна силе поверхностного натяжения, граница свободной поверхности - окружность шейки капли (АВ на рис.1,б).

Следовательно, Таким образом,

Опыт показывает, что d_ш.к = 0,9 •d_б, где d_б - диаметр канала узкого конца бюретки.

Порядок выполнения работы:

1. Подготовить таблицу для записи результатов

   Номер опыта	Масса			Число капель	Диаметр канала бюретки	Поверх­ностное натяже- ние	Среднее значение поверхн. натяж.	Таблич­ное зна­чение поверхн, нятяж.	Относи­тельная погреш­ность
   	Пустого сосуда	Сосуда с каплями	капель
   №№№№ №	m1, кг	m2, кг	М, кг	N	dб, м	σ, Н/м	σ ср, H/m	σт, Н/м	δ,%
   1
   …
   6

2. Схематично покажите силы, действующие на каплю в момент отрыва.

3. Собрать установку по рис 1 и наполнить бюретку водой.

4. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки d_б

5. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его m₁

6. Подставляем под бюретку сосуд и, осторожно открывая кран, добиваемся медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2с).

7. Отсчитать N=100 капель. Измерить массу сосуда с каплями m₂

8. Определить массу капель М = m₂ – m₁

9. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

1. Вычислить поверхностное натяжение по формуле:

1. Опыт повторить 5 раз с другим количеством капель.

2. Найти среднее значение σ _ср как среднее арифметическое всех полученных значений

3. Вычислите абсолютную погрешность измерения поверхностного натяжения по формуле ∆σ=∆m/m+∆d/d, где приборные погрешности измерения ∆m=0,05 г, ∆d=0,05 см.

4. Сравнить полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учётом температуры (см таблицу зависимости поверхностного натяжения от температуры)

5. Определить относительную погрешность вычислений по следующей формуле

1. Сделать вывод к работе, в котором указать результат определения поверхностного натяжения в виде σ = σ _ср ± ∆σ, δ,%

Таблица зависимости поверхностного натяжения от температуры

Контрольные вопросы

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

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

4. Изменится ли результат вычисления и как, если диаметр канала трубки будет меньше?

5. Почему рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель?