Практична робота №4 "Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини"

1) Робота

2) Задачі

3) Запитання

1) Тема:Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини.

Мета:навчитися визначати поверхневий натяг рідини методом відривання крапель і підні­мання рідини в капілярі.

Обладнання:терези лабораторні з набором тягарців, штангенциркуль; клин вимірюваль­ний; лінійказ міліметровими поділками; кол­ба з водою; склянка низька; лійка конусопо­діб­на з корот­кою шийкою; трубка гумова з краном і скляним наконечником діаметром
1,5-3 мм; штатив для фронтальних робіт, капілярна трубка, посудина з підфарбованою водою.

 

Теоретичні відомості

 

Коефіцієнт поверхневого натягу (КПН) рідини чисельно рів­ний відношенню модуля сили поверхневого натягу F, що діє на межу поверхневого шару рідини, до довжини цієї межі L/

У даній роботі КПН води потрібно визначити двома способами: способом відривання крапель і за підніманням рідини у капілярі.


Для вимірювання КПН першим способом використовують установку, зображену на малюнку. У лапці штатива закріплюють лійку (1), на шийку якої надіто гумову трубку з краном (2) і скляним наконечником (3). У лійку наливають досліджувану рідину (воду) і краном регулюють її витікання так, щоб вода окремими краплями падала у підставлену склянку.

У момент відривання краплі від трубки на неї діють дві рівні за величиною, але протилежні за напрямом сили: сила поверхневого натягу FН= sL (де L=2pR = pD  – довжина межі між скляною трубкою та краплею, Rі D–відповідно внутрішній радіус та діаметр трубки) та сила тяжіння FТЯЖ=mg (де m–маса краплі): 
FН=FТЯЖ;   spD= mg.

Зрозуміло, що масу однієї краплі з достатньою точністю безпосереднім зважуванням знайти неможливо, тому для визначення mвизначають масу Mдеякої кількості крапель N: m = M / N.

Остаточна формула для визначення КПН води виглядатиме так: 

σ =Mg/πDN.


При вимірюванні КПН другим способом у досліджувану рідину занурюють вузьку капілярну трубку і вимірюють висоту підіймання рідини у трубці (звісно, рідина повинна змочувати матеріал трубки).

Рідина у капілярі підніматиметься силою поверхневого натягу FН = spDдо тих пір, поки сила тяжіння піднятого стовпа рідини FТЯЖ= mg = grV = grSh = grhpD²/4 (r - густина рідини, h – висота піднятої рідини, g–прискорення вільного падіння) не зрівняється з силою поверхневого натягу:

            FТЯЖ=FН ,  spD = grhpD²/4,  звідки σghD/4

.

 

Хід роботи

 

Дослід 1. Вимірювання поверхневого натягу во­ди способом відривання крапель

 

1.Складіть установку так, як зображе­но на малюнку.

2.За допомогою вимірювального клина і штан­генциркуля виміряйте внутрішній  діаметр  Dскляної трубки-наконечника. На терезах виміряйте масу порожньої склянки m1з точніс­тю до 10мг. Результати вимірювань запишіть у таблицю:

 

D, м

N

m1, кг

m2,кг

M, кг

s, Н/м

 

 

 

 

 

 

 

3. Закрийте кран і налийте в лійку чисту воду. Підставте під трубку колбу з водою і, поступово відкриваючи кран, добийтесь, щоб вода з трубки капала окремими краплями з частотою 30 - 40 крапель на хвилину. У цьо­му разі можна вважати, що краплі відриваються тільки під дією сили тяжіння.

            Після цього швидко заберіть з-під трубки колбу з водою, замінивши її пустою склянкою, яку ви попередньо зважили. Одразу ж почніть відлік кількості крапель, які капають у склянку (це краще робити одночасно кільком учням, щоб випадково не збитись з рахунку). Відрахувавши 80-100 крапель, заберіть склянку з-під трубки і закрийте кран. Запишіть кількість крапель Nу таблицю.

 

4. Вдруге зважте склянку з краплями на терезах, визначивши її масу m2. Визначте масу всіх крапель води, що попали в чашку: M = m2m1. Отримані дані занесіть у таблицю.

 

5. За формулою  обчисліть  КПН води.

6. Виконайте аналіз похибок, допущених при виконанні досліду.

 

Обчисліть відносну і абсолютну похибки вимірювань за формулами:

  • відносна похибка визначення КПН , де
    D =DІНС + DВИМабсолютна похибка вимірювання штангенциркулем
    DІНС=0,05 мм - інструментальна похибка штангенциркуля
    DВИМ= 0,1 : 2 = 0,05 мм - похибка при вимірюванні штангенциркулем, рівна половині ціни поділки динамометра (оскільки вимірювання було лише одне, то в разі, якщо при вимірюванні мітки на шкалі штангенциркуля співпали ідеально точно, похибку вимірювання можна прийняти рівною 0)

 

М =МІНС + МВИМабсолютна похибка вимірювання на терезах

∆МІНС= 200 мг – інструментальна похибка шкільних терезів,
∆МВИМ – похибка вимірювання на терезах, рівна сумі похибок важків, які використовувались при визначенні маси кульки; похибки важків для шкільних терезів можна знайти з таблиці:

 

Важок

Похибка

Важок

Похибка

100 г

40 мг

2 г

6 мг

50 г

30 мг

1 г

4 мг

20 г

20 мг

500 мг

3 мг

10 г

12 мг

200, 100 мг

2 мг

5 г

8 мг

50,20,10 мг

1 мг

 

  • абсолютна похибка визначення КПН води
  • значення КПН води з врахуванням похибок

 2) Задачі.

№16. В капілярній трубці, радіус якої 0,5мм, рідина піднялася на висоту 11мм. Визначте густину цієї рідини, якщо коефіцієнт поверхневого натягу рівний 0,022Н/м.

№17. Парціальний тиск водяної пари в повітрі при температурі 19ºС дорівнює 1,1кПа. Визначте відносну вологість повітря. Тиск насиченої пари 2,20кПа.

№18. Визначте коефіцієнт поверхневого натягу рідини, якщо сила величиною 0,058Н діє на ділянці завдовжки 2м.


№19. Визначте діаметр пор в папері, якщо вода підіймається в них на висоту 30см. Коефіцієнт поверхневого натягу води 7·10-2Н/м. Густина води 1000кг/м3.

№20. Яка сила поверхневого натягу діє на воду, яка перебуває в трубці діаметром 2мм? Густина води 1000кг/м3.

 

Comments