Лабораторная работа № 3 ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ Цель работы Изучить поверхностное натяжение воды и научиться измерять её коэффициент поверхностного натяжения.…
Лабораторная работа № 3 ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ Цель работы Изучить поверхностное натяжение воды и научиться измерять её коэффициент поверхностного натяжения. Оборудование Самодельный сталагмомстр, стакан химический тонкостенный, сосуд с дистиллированной водой, штангенциркуль, весы с разновесом, термометр для измерения температуры воздуха в кабинете, таблица с поправочными коэффициентами. Теоретическая часть Одним из наиболее распространенных методов определения поверхностного натяжения жидкостей является метод взвешивания капель, Сущность его заключается в измерении объема и массы капель, медленно отрывающихся с кончика вертикальной трубки. Прибор, служащий для измерения поверхностного натяжения по массе образующихся капель, называется сталагмометр. Первоначально считалось, что вес капли уравновешивается поверхностным натяжением жидкости, действующим вертикально по окружность трубки, то есть: P-mox -2ar. 15/72 откуда (1) 2т где то масса одной капли жидкости, г внешний радиус капилляра. В таком варианте этот метод давал заниженные значения к коэффициента поверхностного натяжения с по сравнению со значениями, определяемыми другими методами. Разобраться с причинами расхождения помогла видеосъемка процесса отрыва капли (смотри три фазы образования капли на рисунке 1). В момент отрыва (фаза 3) капля разделяется на три части: крупная капля, несьма малая капля и оставшаяся у капилляра жидкость. Вес малой капли подсчитывался вместе с массой большой, а масса оставшейся жидкости не учитывалась. Рис. 1: отрыв капли жидкости от капилляра сталагмометра Поэтому фактический вее капли оказывался обычно на 40% меныпе величины 2лг, что и объясняет получение заниженных значений с по формуле ( 1 ). На основе опытов с капиллярами различных радиусов были вычислены поправочные коэффициенты для получения по фактическому весу капли правильные значения поверхностного натяжения с. Для различных соотношений между объёмом капли Vo и внешним радиусом капилляра г, поправка F будет различной. С учётом поправки F формула для нахождения с приобретвет вида (2) где соответствующая поправка (поправочный коэффициент), которая приведена в таблице поправок в зависимости от соотношения объёма капли к кубу внешнего радиуса капилляра сталагмометра. Таблица 1 Поправочные коэффициенты 5000 250 0,1720 0,1980 10,29 8,190 0,23976 0,24398 3,433 2,995 0,25874 1,7062 0,26562 0,26065 1,5545 0,26566 1,048 0,980 0,2617 0,2602
Лабораторная работа № 3 по измерению поверхностного натяжения жидкости — это увлекательное исследование, которое помогает понять физические свойства жидкостей, таких как вода. Рассмотрим цели эксперимента, оборудование и теоретическую часть, чтобы вы лучше подготовились к выполнению задания.
Цель работы
Ваша основная цель в данной лабораторной работе — изучить поверхностное натяжение воды и освоить методы его измерения. Это важное свойство жидкости отвечает за множество явлений в природе и в нашей повседневной жизни.
Оборудование
Для выполнения экспериментальных измерений вам будет необходимо:
- Самодельный сталагмометр — прибор для измерения массы капель.
- Химический стакан — тонкостенный сосуд для жидкости.
- Сосуд с дистиллированной водой — основная жидкость для работы.
- Штангенциркуль — для измерения диаметра капилляра.
- Весы с разновесом — для точного измерения веса капель.
- Термометр — для измерения температуры воздуха в кабинете.
- Таблица с поправочными коэффициентами — для корректировки результатов.
Теоретическая часть
Метод, который вы будете использовать для определения поверхностного натяжения, называется методом взвешивания капель. При этом вы будете учитывать массу капель, которые отрываются от кончика вертикальной трубки. Важно понимать, что вес капли уравновешивается силой поверхностного натяжения, действующей по окружности трубки.
Формула, описывающая это уравновешивание, выглядит следующим образом:
\[ P = m_{ок} \cdot g = 2 \pi r \cdot \sigma \]
где:
- \( m_{ок} \) — масса капли,
- \( g \) — ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²),
- \( r \) — внешний радиус капилляра,
- \( \sigma \) — коэффициент поверхностного натяжения.
Однако, как указано в описании, первичные измерения могут быть заниженными из-за недостатка учёта массы оставшейся жидкости. Чтобы учесть эту ошибку, вы будете применять поправочный коэффициент \( F \), который зависит от соотношения объема капли и радиуса капилляра.
Формула с поправкой выглядит следующим образом:
\[ \sigma' = F \cdot \frac{2 \cdot m_{ок} \cdot g}{2 \pi r} \]
где \( \sigma' \) — скорректированное значение поверхностного натяжения.
Таблица поправочных коэффициентов
Вам нужно будет использовать таблицу поправочных коэффициентов в зависимости от соотношения объема капли к кубу внешнего радиуса капилляра. Значения в таблице позволят вам корректировать первоначальные измерения для получения более точных результатов.
Заключение
Эта лабораторная работа научит вас не только методам измерения физических величин, но и тому, как важно учитывать различные факторы, влияющие на результаты. Удачи в вашем эксперименте! Если возникнут вопросы во время работы, обязательно обращайтесь за дополнительной помощью.
