Kirisiw 1-bap

1.2 Sirt taranglik koeffitsienti

Sirt taranglik kuchini qanday o'lchash mumkinligini bilib oling. Simli ramkaga sovun plyonkasini olib, u harakatlanmasligi uchun unga F kuchini qo'llaymiz.Bu ramkaning AB tomoni harakatlanuvchi (1-rasm, v). Filmlarning sirt tarangligi kuchi (ulardan biri ramkaning bir tomonida, ikkinchisi esa boshqa tomonida) AB simining og'irligi va og'irligiga teng. Agar sirt qatlamining taranglik kuchi, masalan, suv, kerosin va hokazolar shunday aniqlansa, u turli suyuqliklar uchun har xil ekanligi ma'lum bo'ladi. Turli suyuqliklarning sirt taranglik kuchlarini solishtirish uchun sirt taranglik koeffitsienti deb ataladigan miqdor kiritilgan. Suyuqlik yuzasining qisqarish xususiyatini tavsiflovchi va suyuqlik yuzasida chiziq uzunligi birligiga ta'sir qiluvchi sirt taranglik kuchi bilan o'lchanadigan qiymat sirt taranglik koeffitsienti deb ataladi.¹. Agar suyuqlik sirt chegarasining uzunligini l deb belgilasak, bu chegarada harakat qiluvchi bitta plyonkaning sirt taranglik kuchi F ga teng bo'lsa, sirt taranglik koeffitsienti bo'ladi.

. (1)

Sirt taranglik koeffitsienti n/m nomiga ega. Haroratning oshishi bilan toza suyuqliklarning sirt taranglik koeffitsienti kamayadi².

O'tish qatlami molekulalarining o'zaro ta'sir kuchlarining assimetriyasi¹Ularni o'rab turgan molekulalar bilan (molekulyar ta'sir doirasida), ma'lumki, o'tish molekulalariga ta'sir qiluvchi fazalar interfeysiga nisbatan tangensial va normal kuchlar mavjudligi haqidagi fikrga olib keladi. qatlam². Bular sirtlararo taranglik va molekulyar bosim kuchlaridir.
Interfeysdan har xil masofada joylashgan molekulalarga ta'sir qiluvchi ushbu ikkala toifadagi kuchlar kattaligi bo'yicha bir xil emas: ular har ikki yo'nalishda ham normal interfeys bo'ylab monoton ravishda kamayadi.
Buni m molekulasining MN interfeysi orqali o’tishini hisobga olsak oson tushunish mumkin (3-rasm). Masalan, molekulaning harakati suyuqlik va uning to'yingan bug'lari orasidagi interfeys orqali uzoqdan sodir bo'lsin.gazsimon fazada bir xil masofa uchun suyuqlik fazasi ichidagi molekulyar ta'sir radiusi³.
O'tish qatlami molekulasi ixtiyoriy masofada joylashgan

faza chegarasidan (4-rasm), uning molekulyar ta'sirining sferik hajmida bo'lgan barcha molekulalar bilan o'zaro ta'sir qiladi.

Guruch. 4. Molekulyar kuchlarning natijasini hisoblashga

Biroq, bu o'zaro ta'sirning natijasi EFG va CHD sferik segmentlarida joylashgan molekulalar bilan m molekulasining umumiy o'zaro ta'siri o'rtasidagi farqga teng bo'ladi, chunki ACDB va ABFE sferik kamarlarida molekulalar bilan o'zaro ta'sir muvozanatli. Agar gaz molekulalarining tortishishi e'tiborga olinmasa, u holda faqat EFG segmentini to'ldiradigan molekulalarning tortilishi kompensatsiyalanmagan bo'lib qoladi. Ushbu tortishishning kattaligi hajmdagi molekulalar soniga mutanosib hisoblanishi keraksegment va ularning segment ichidagi doimiy zichligi bilan - hajm¹.

Guruch. 5. Sferik segment hajmining balandligiga bog'liqligi

Molekula fazalar chegarasidan 2 masofada harakat qilgandahajminoldan ortadi , va keyin yana nolga kamayadi. Bu hajmga mutanosib ravishda m molekulaga ta'sir etuvchi kuchning kattaligi ham o'zgaradi. Demak, suyuqlik molekulasi faza yuzasiga qanchalik yaqin bo'lsa, termal to'qnashuvlar paytida uning gaz fazasiga (bug'lanish) chiqish ehtimoli va bug' molekulasi fazalar chegarasiga qanchalik yaqin bo'lsa, ehtimollik shunchalik yuqori bo'ladi, degan xulosaga kelishimiz mumkin. uning suyuqlik fazasi (kondensatsiya) bilan tutilishi.

Shunday qilib, molekulaning fazalar chegarasidan o'tishida molekulyar kuchlarning natijasi sharsimon segment hajmiga mutanosib ravishda o'zgaradi.


, (2)



bu erda h - segmentning balandligi. Shaklda. 5 bog'liqlikni ko'rsatadi=(h); u noldan 2 gacha bo'lgan h qiymatlari ichida geometrik ma'noga ega.

Shaklda. 6 molekula fazalar chegarasidan o'tganda unga ta'sir qiluvchi kuch kattaligining o'zgarishini ko'rsatadi; OB tekisligi hisobotlarning boshlanishi sifatida olingan (3-rasm), molekulaning pozitsiyasi z koordinatasi bilan aniqlanadi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, egri chiziq molekulaning fazalar chegarasida joylashgan joyiga mos keladigan maksimalga ega. Bog'liqlik f=(z) ham sirt tarangligiga, ham molekulyar bosimga teng qo'llaniladi. Shunday qilib,=(z) va pm=(z)¹.

Hozirgacha biz alohida molekulalarga ta'sir qiluvchi elementar kuchlar haqida gapirdik. Biroq, sirt tarangligi, ma'lumki, konturning birlik uzunligiga va molekulyar bosimga, faza yuzasida birlik maydoniga murojaat qilish odatiy holdir. Qaramlik tufayli=(z), aniq qilib aytganda, sirt tarangligining qiymati (sirt elementining hosil bo'lish ishiga son jihatdan teng) mos yozuvdan ma'lum masofada joylashgan fazaning sirt qatlamining elementar monoatomik qatlami bilan bog'liq bo'lishi kerak. sirt. Odatda, sirt tarangligi fazaning eng sirt qatlamiga (z=) bu erda u maksimal qiymatga ega. Ushbu munosabatlarni hisobga olgan holda, fazaning o'tish qatlamining sirt tarangligining "o'rtacha" qiymati haqida gapirish mumkin, bu "o'tish qatlamining chiziqli kuchlanishi" tushunchasiga mos keladi.¹.
Molekulyar bosimga kelsak, pm= bog'liqligi tufayli(z) uning qiymatini, shuningdek, qalinligi bo'yicha elementar kuchlarning yig'indisi natijasi deb hisoblash kerako'tish qatlamidan².
Yaqin vaqtgacha molekulyar bosimni o'lchash usuli topilmadi. Ushbu muammoni hal qilish katta qiyinchiliklarga duch keladi, chunki molekulyar bosim o'zining kelib chiqishi bo'yicha juda kichik qalinlikdagi o'tish qatlami molekulalarining o'zaro ta'siri bilan bog'liq (10-7 sm) fazaning butun yuzasi bo'ylab. Biroq, molekulyar bosimni hisoblash mumkin:


, (3)

Bu erda pBH - tashqi bosim, I - mexanik ekvivalent, Sr va S_- doimiy bosim va hajmdagi molyar issiqlik sig'imlari;- hajmning issiqlik koeffitsienti. pm qiymatini, agar uning doimiylari ma'lum bo'lsa, van der Vaals tenglamasidan ham hisoblash mumkin.

Suyuqlar va qattiq moddalar uchun molekulyar bosimning o'zgarishi uchta tartibni qamrab oladi: 10-310-5 atm. pm qiymatining individual o'zgarishlari moddalarning atom va molekulyar tuzilmalaridagi individual farqlarning bevosita natijasidir. Shuning uchun molekulyar bosim molekulyar o'zaro ta'sirning intensivligi uchun ishonchli mezon bo'lib xizmat qilishi mumkin.
Agar bog'liqlik f= bo'lsa(z), keyin faza yuzasiga erishish uchun molekulaning ish funktsiyasini hisoblash mumkin. Maksimal ish funktsiyasi³:


. (4)

Shunday qilib, sirtni oshirish ishning narxi bilan bog'liq; siqilganda, sirtning o'zi ishni bajaradi. Ushbu termodinamik shartlardan sirt o'lchami o'zgarganda ishlaydigan tangensial kuchlar sifatida sirt tarangligi tushunchasi kelib chiqadi. Egrilikli fazali sirtlar uchun hatto Laplas qo'shimcha kapillyar bosim tushunchasini kiritdi p - fazaning sirt qatlamiga ta'sir qiluvchi tangensial kuchlar, ularning natijasi sirt egrilik markazlari tomon yo'naltiriladi.¹:

. (5)

Haqiqatan ham, eksperimental kuzatilgan sirt hodisalari xuddi sirt kvazelastik taranglik holatida bo'lgandek davom etadi. Ushbu vakillik juda aniq va ko'plab muammolarni hal qilishga yordam beradi.

Biroq, sirt va elastik taranglik o'rtasida haqiqiy o'xshashlik yo'q, chunki sirt tarangligiga nisbatan Guk qonuni amal qilmaydi: sirt deformatsiyasining kattaligi unga bog'liq emas., bu sirtning izometrik kattaligining izometrik sharoitida doimiy bo'lib qoladi.
Afsuski, sirt kuchlarining kelib chiqishi haqida umumiy qabul qilingan nazariya yo'q. Mavjud nuqtai nazarlar quyidagilar:
1) gipoteza ilgari suriladi, bunda molekulalarning o'zlari ham sirt qatlamida, ham ularning maydonlarida maxsus yo'naltirilganligi tufayli molekulalararo o'zaro ta'sirlar asosan sirtga tangensial yo'nalishda amalga oshiriladi. Sirt qatlamining ushbu maxsus tuzilishi tufayli sirt taranglik kuchlari paydo bo'ladi. Boshqacha aytganda, bu nuqtai nazarga ko'ra, sirt qatlamida molekulyar kuchlarning maxsus anizotropiyasi mavjud bo'lib, bu kuchlarning kelib chiqishini van der Vaals tipidagi London (almashinuv) o'zaro ta'siri bilan bog'lash mumkin.
2) Suyuqlikdan bug'ga doimiy o'tish bilan sirt qatlamining qalinligi bo'ylab suyuqlikdagi bosimning pasayishi, son jihatdan erkin sirt energiyasiga teng, sirt tarangligini keltirib chiqaradi (Bekker)¹.
Bu ikkala nuqtai nazar o'z rivojlanishida jiddiy qiyinchiliklarga duch keladi.
3) N. Adam, nihoyat, sirt tarangligi tushunchasi faqat sirt energiyasining matematik ekvivalenti sifatida ma'noga ega, deb hisoblaydi [2]. U sirt tarangligi kontseptsiyasining kiritilishini sof matematik uslub sifatida statikada mumkin bo'lgan siljishlar printsipi bilan taqqoslaydi. Sirt erkin energiya mavjudligi molekulyar bosim bilan izohlanishi mumkinligi sababli, Odam Atoning fikriga ko'ra, bu qanday qilib tangensial sirt taranglik kuchlarining paydo bo'lishiga olib keladi, deb so'rashning hojati yo'q.
Biroq, bu nuqtai nazar, Odam Ato kabi, sirt tarangligining jismoniy haqiqatini inkor etishga asos bermaydi.
Xulosa qilib shuni aytishimiz mumkinki, hozirda sirt tarangligining kelib chiqishi to'g'risida aniqlik yo'q va bu masala nazariy rivojlanishga muhtoj.².

2-bob

2.1 Float yordamida suyuqlikdagi sirt tarangligini aniqlash

Ushbu tajribani o'tkazish uchun quyidagi jihozlar kerak: 1) o'lchov chegaralari 1,000-0,700 bo'lgan gidrometr; 2) 1 l hajmli shisha tsilindr (uzunligi 465 mm, diametri 65 mm); 3) diametri 35 mm bo'lgan mis mash (1 sm uchun 9 hujayra); 4) ikkita kauchuk halqa; 5) ko'z tomchilari; 6) efir.

Suvning sirt tarangligini aniqlash uchun gidrometr suzuvchi sifatida ishlatiladi. Gidrometrning yuqori uchidan 6-7 sm masofada, ular nozik mis to'rdan o'yilgan aylana qo'yishadi va uni yuqoridan va pastdan ikkita kauchuk halqa bilan mustahkamlaydilar (7-rasm).¹. Keyin litrli tsilindrga suv quyiladi va unga gidrometr tushiriladi, shunda suzuvchi gidrometrning panjarasi suv sathidan 1-2 sm balandlikda bo'ladi (8-rasm).

Agar siz barmog'ingiz bilan gidrometr to'rini sekin va sayoz ravishda suv ostiga botirsangiz va barmog'ingizni ehtiyotkorlik bilan qo'yib yuborsangiz, gidrometrning yuqoriga suzmasligini kuzatishingiz mumkin: panjara suv yuzasida qolib ketadi (9-rasm). Buning sababi shundaki, suv yuzasi go'yo elastik plyonka xususiyatlariga ega bo'lib, gidrometr bilan birgalikda uning dastlabki holatiga ko'tarilishiga yo'l qo'ymaydi.
Agar hozir ko'z tomchisi yordamida suv yuzasiga 2-3 tomchi efir qo'shilsa, to'r darhol suvdan chiqib ketadi va gidrometr yana ko'tariladi. Buning sababi, efirning sirt tarangligi suvnikidan taxminan 4 baravar kam.
Aniqroq bo'lishi uchun, suv yuzasiga 45 ° burchak ostida silindr ustida joylashgan tekis oyna yordamida namoyish qilish mumkin.

Gidrometr bo'lmaganda, floatni kichik og'izli keng shisha flakondan (yoki probirkadan) avval rezina probirka yordamida shisha naycha yoki simni kiritish orqali yasash mumkin (10-rasm). Pufakni oldindan yuklash kerak, ya'ni. unga qum, mixlar, otishni o'rganish va hokazolarni to'kib tashlang va yukning o'lchami bir nechta namunalar bilan tanlanadi.

2.2 Har xil shakldagi ramkalarda sovun plyonkalarini olish

U skunalar: 1) proyektor; 2) bo'linish qiymati 100 mg bo'lgan 1 G uchun prujinali dinamometr; 3) tripod; 4) mog'or yoki novda ustidagi tekislik-parallel hujayra; 5) ikkita simli ramka - ipli halqa va "belanchak"; 6) harakatlanuvchi shpalli U shaklidagi simli ramka; 7) sovun eritmasi.

Tripodga osib qo'ying "belanchak", ya'ni. diametri 0,3 mm va uzunligi taxminan 50 mm bo'lgan ikkita tekis simlar ingichka iplar bilan oldindan bog'langan (11-rasm, a)¹. Keyin pastdan kristalizator yoki sovunli eritmasi bo'lgan tekis-parallel kyuvetta keltiriladi, shunda sim eritma ichiga botiriladi. Kyuveta asta-sekin pastga tushiriladi va simlar va iplar orasida doimiy sovun plyonkasi olinadi. "Belanchak" ning pastki simi sezilarli darajada yuqoriga ko'tarilganiga va yon iplar yoy shaklini olganiga e'tibor bering (11-rasm, b).

Agar siz pastki ipni ozgina tortsangiz, plyonka cho'ziladi va ramka oddiy to'rtburchaklar shaklini oladi. Agar ip bo'shatilgan bo'lsa, u holda pastki simli ustun yana ko'tariladi va plyonka yuzasi yana qisqaradi.

Belanchak o'rniga halqa shaklidagi simli ramka qo'yiladi, unga o'rta qismida halqali ingichka (afzal ipak) ip bo'shashmasdan (tarangliksiz) bog'lanadi (12-rasm, a). Avvalgi tajribada bo'lgani kabi, uzuk yuzasida uzluksiz sovun plyonkasi olinadi. Keyin ular uni, masalan, halqaning o'ng qismida kesib o'tadilar va yana plyonka yuzasida sezilarli pasayish topadilar, chunki ip aylana yoyi shaklini oladi (12-rasm, b).¹.
Yana simli halqada uzluksiz plyonka olinadi va uni ip halqasi ichidan kesib o'ting. Ip cho'ziladi va muntazam doira hosil qiladi (12-rasm, c).
Ushbu tajribalar talabalarni sirt tarangligi mavjudligiga ishontiradi. Bundan tashqari, ular plyonka, agar imkoniyat berilsa, sirtni pasaytirish yo'nalishi bo'yicha o'zgarishini va sirt taranglik kuchlari doimo plyonkani bog'laydigan konturning har qanday elementiga perpendikulyar yo'naltirilganligini ko'rsatadi.
Ta'riflangan tajribalarni proyeksiyada ko'rsatish qulay. Shu maqsadda o'rnatish sxematik tarzda shaklda ko'rsatilgan. 13.

Keyinchalik, siz talabalarga suyuqlikning sirt taranglik koeffitsientini aniqlashning eng oddiy usullaridan birini, masalan, sovun eritmasini ko'rsatishingiz kerak.¹. Buning uchun rasmda ko'rsatilgan uy qurilishi qurilmasi. 14, sezgir prujinali dinamometr va undan osilgan kengligi 50 mm bo'lgan U shaklidagi halqadan iborat. Dinamometr 0 dan 1 G gacha bo'linishlar bilan belgilangan, bo'linish qiymati 100 mg bo'lgan organik shisha yoki selluloiddan tayyorlangan shaffof shkala bilan jihozlangan.

Tajribani ko'rsatish uchun shunday qiling. Birinchidan, proyeksiyalash apparati kondensatori yonida unga osilgan U shaklidagi ramkali dinamometr o'rnatiladi va dinamometr shkalasi ekranga proyeksiyalanadi. O'rnatishni loyihalash sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 15 va o'rnatishning tasviri ekranda olinishi kerak bo'lgan qismi rasmda nuqta chiziq bilan ta'kidlangan. 16.

Kelajakda halqaning og'irligini hisobga olmaslik uchun, qurilmani loyihalashdan oldin, vintni a (16-rasm) biroz burab qo'yish kerak va prujinani harakatga keltirgandan so'ng, ko'rsatgichni nolga qarshi qo'ying. masshtab.

Keyin pastadir ostiga sovunli eritmasi bo'lgan kristalizator qo'yiladi, shunda halqaning yuqori tomoni eritma ichiga botiriladi. Mog'or tushirilganda, pastadir doimiy sovunli plyonka bilan qoplanadi. Prujinaga ta'sir qiluvchi pastga qarab sirt taranglik kuchi bo'ladi, bu butun sinfga ko'rinadigan dinamometr ko'rsatkichlari bo'yicha aniqlash oson. Va kuchni, masalan, 350 mG va simning uzunligini (5 sm) bilib, sirt taranglik koeffitsientini topish oson:

Shu tarzda olingan qiymat o'quvchilar e'tibor berishlari kerak bo'lgan sirt taranglik koeffitsientining haqiqiy qiymatiga juda mos keladi.

Dinamometrni proyeksiyalashdan oldin tajriba sxemasini doskaga chizish va birinchi proyeksiyasiz U shaklidagi ramkada plyonka hosil bo'lishini ko'rsatish foydalidir.
Ta'riflangan tajribada ishlatiladigan sezgir dinamometrni ishlab chiqarish uchun etarlicha nozik va elastik simni tanlash juda muhimdir. Eng mos keladigan kichik laboratoriya elektr pechining spiralidagi sim edi. 16 burilish miqdoridagi bu sim ehtiyotkorlik bilan 8 mm diametrli dumaloq novda (qalam) atrofiga o'ralgan bo'lib, vida bilan oldindan qisilgan. Keyin kamon novdadan chiqariladi va uning shakli va o'lchamlari beriladi.
Keyinchalik, kamonni yupqa metall trubka orqali siqish vint bilan novdadagi teshikka joylashtiring. Ko'rsatkich uchun yon yuzada tor uyaga ega bo'lgan trubka novda uchun oldindan lehimlangan bo'lishi kerak. Ko'rsatkich orqasida, bahorga lehimlangan, organik shishadan yasalgan yupqa plastinka o'rnatiladi, uning ustiga o'tkir igna bilan zarbalar qo'llaniladi. Ko'rinishni oshirish uchun oddiy qalam yoki qora siyohdan grafitni zarbalarni chuqurlashtirishga surtish foydalidir.
Tarozi og'irlik yordamida kalibrlanadi: 1 G, 500 mg, 200 mg, 200 mg va 100 mg. Shunday qilib, 1 G uchun mo'ljallangan butun shkalada har bir bo'linmaning narxi 100 mg bo'lgan 10 ta bo'linma mavjud.

Xulosa

Jismoniy mahorat darsini o‘tkazish jarayonida o‘quvchini ilmiy-tadqiqot ishlarida ijodkorlikka, tajriba metodikasi va o‘lchash vositalarini to‘g‘ri tanlashga o‘rgatish zarur. Talabalar o'rganilayotgan hodisa nazariyasini tushunish va qo'llashni o'rganishlari kerak.¹.

Tajribani ongli ravishda bajarish, o'lchash jarayoniga diqqat va diqqatni jamlash, asboblarga ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo'lish tajribani muvaffaqiyatli o'tkazish uchun zarur shartdir.².
Talaba laboratoriya ishini bajarishi kerak bo'lgan o'rnatish bilan oldindan tanishishi va taxminiy o'lchovlarni amalga oshirishi kerak.
Hozirgi vaqtda ko'plab fizika o'qituvchilari fizik eksperiment bilan bog'liq qandaydir ishlarni bajarmoqdalar: ular seminarlar, turli fizika to'garaklari tashkil qiladi, uyga eksperimental topshiriqlar beradi va hokazo. Talabalarning har tomonlama rivojlanishiga olib keladigan bu xilma-xil ta'lim shakllari orasida sinfda laboratoriya ishlari alohida ahamiyatga ega.³.
O'rta maktabda fizika fanidan laboratoriya mashg'ulotlarini o'tkazishning frontal usuli, siz bilganingizdek, bir qator juda muhim ijobiy tomonlarga ega. Bu, birinchi navbatda, talabalarning laboratoriya ishlarini o'rganilayotgan kurs bilan chambarchas bog'lash imkonini beradi. Frontal usul tufayli laboratoriya mashg'ulotlari kursning ma'lum bir bo'limiga kirish yoki o'qituvchining tushuntirishiga illyustratsiya sifatida yoki o'tilgan materialni takrorlash va umumlashtirish sifatida o'tkazilishi mumkin.⁴.
Shunday qilib, talabalarning laboratoriya tajribasi o'quv jarayonining zarur bo'g'iniga aylanadi, bu materialni o'zlashtirishga, shuningdek ko'rgazmali tajribalarga sezilarli yordam beradi.⁵.
Fizikada frontal laboratoriya ishlarini keng qo'llash hozirda zaruratdir. U amaliyotda isbotlangan zamonaviy uslubiy qarashlarga ko'ra fizikani o'qitish sifatini sezilarli va keskin oshirishga olib kelishi kerak; o‘quvchilar bilimiga formalizmni singdiruvchi fizika o‘qitishning “bo‘r” usuli bilan so‘zda emas, amalda kurashga jiddiy tayanch bo‘lib xizmat qiladi, ya’ni. ko'plab jismoniy hodisalarning mohiyatini chuqur anglamaslik. Frontal mashg'ulotlarda talabalarga kelajakda normal rivojlanishi va yaxshilanishi mumkin bo'lgan to'g'ri boshlang'ich amaliy ko'nikmalar o'rgatiladi.
Oddiy maktablar uchun sirt taranglik koeffitsientini aniqlashning mavjud eksperimental usullari fizikani chuqur o'rganadigan maktablar uchun etarli emas. Ishning yuqoridagi ishlanmasi o'qituvchilarga mavzuni chuqur o'rganishga yordam beradi. Bunday o'quv yurtlari talabalari sirt tarangligi fenomeni bilan ko'proq tanishish imkoniyatiga ega bo'ladilar.