Теоретические замечания
Определение коэффициента поверхностного натяжения методом разрыва
| m , 1 г
|
m2, г |
N0 |
m0, г |
t0C |
α0 дин/см | ||
|
∆α0 , дин/см | |||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
| |||
|
3 |
|
|
|
| |||
|
… |
|
|
|
|
Определение масса капли исследуемой жидкости
Таблица 2
|
№ опыта |
m , 3 г |
N |
m, г |
α, дин/см |
αср , дин/см |
∆α, дин/см |
∆αср , дин/см |
∆αср 100% αср |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
| |||
|
3 |
|
|
|
|
| |||
|
… |
|
|
|
|
|
Подставляя найденные значения m0 и m в формулу /1/, найдем искомое значение α.
Значение ∆α находим по таблице (смотреть приложение), определив предворительно температуру жидкости.
Максимальная погрешность метода определяется по формуле:
∆m ∆α0 ∆m0 δ= + + m α0 m0
Погрешности ∆m , ∆m0 определяются точностью разновесов (0,5 от наименьшего значения разновеса).
По полученному значению δ найти абсолютную погрешность ∆α=δαср , сравнить ее значение с величиной случайной погрешности измерений ∆αср (табл).
4.Упражнение №2 Определение коэффициента поверхностного натяжения методом газовых пузырьков (при постоянной температуре).
Представим себе сосуд с жидкостью (рис.4) и внутри жидкости, на расстоянии D от поверхности, газовый пузырек. Для того чтобы пузырек находился в равновесии ( т.е. не изменял свой объем), необходимо, чтобы равнодействующая всех сил, действующих на его поверхность, равнялась нулю.
Давление газа в пузырьке p . Атмосферное давление равное p2 , давление столба жидкости высотой D, равное p2 =ρgD , Добавочное давление p1, возникающее под искривленной поверхностью, стремятся сжать пузырек (ρ - плотность жидкости).
Следовательно, условием равновесия является равенство
p = p1 + p2 + p3 Рис.4
По формуле Лапласа p3 =α 1 1
+
r1 r2
Для сферического пузырька
1
r1 = r2 = R , p2 =2α R
2α
Поэтому p − p1 +ρgD +
R
R
И α= (p − p1 −ρgD) /4/
2
Описание установки и порядок работы
Схема установки для определения коэффициента поверхностного натяжения методом пузырьков схематически дана на (рис.5). В установке используется стеклянный баллон емкостью 10-15 л. В горлышко баллона вставляется пробка с двумя отверстиями. В эти отверстия вводятся две стеклянные или металлические трубки, диаметром 6-10 мм. Все соединения заливаются вакуумной замазкой для хорошей герметизации. К одной из трубок
присоединяется резиновая груша или ручной насос, ко второму
стеклянному Рис.5
крану, к которому присоединены параллельно капиллярная трубка и U – образный дифференциальный манометр.
Глубина погружения капилляра в жидкости отмечается по шкале, разделенной на миллиметры и расположенной рядом с капилляром.
Исследуемая жидкость наливается в стаканчик 4.
Стеклянная трубка 3.заканчивающаяся капилляром, опускается в этот стаканчик так, что конец капилляра
сказывается погруженным в жидкость на несколько миллиметров. В буферный баллон 6 с помощью насоса накачивают воздух, немного увеличивая давление в баллоне по сравнению с атмосферным. Затем осторожно открывают кран 2, настолько, чтобы из капилляра в жидкость начали поступать отдельные пузырьки газа. Отрыв пузырька происходит в том случае, когда p = p1 + p2 + p3
U – образный дифференциальный манометр 5 дает возможность определить, насколько давление превышает атмосферное
p − p1 = lρ1g
где l – перепад уровней в коленах манометра; ρ1 - плотность манометрической жидкости.
После подставки значений уравнение /4/ принимает вид
α= R (lρ1g −ρgD)= Rg (lρ1 − Dρ) /5/.
2 2
Необходимо для расчета по формуле /5/ значения ρ иρ1 берутся из таб. (см.
приложение), D , l , R - измеряются.
Глубина погружения D находится следующим образом. Капилляр нужно опускать в стаканчик очень медленно.
Когда его кончик только коснется поверхности (этот момент можно уловить по внезапному проскакиванию жидкости внутрь трубки), нужно отметить положение стрелки указателя на шкале, расположенной позади трубки. После этого опускают трубку в жидкость на несколько миллиметров и отмечают новое положение стрелки. Разность этих показаний дает глубину погружения D .
Измерение радиуса пузырька R можно непосредственно и косвенно (относительный метод).
Непосредственно измерение радиуса пузырька R связано с большими трудностями. Поэтому его значение определяет из формулы /3/, используя эталонную жидкость с известным коэффициентом поверхностного натяжения α0 . При таком определении R метод следует считать относительным. Для обоснования возможности применения такого метода рассмотрим качественно процесс образования пузырька.
На конце капилляра образуется пленка, радиус кривизны которой больше радиуса капилляра. Под действием избыточного внешнего давления пленка выгибается, радиус кривизны уменьшается. Минимальная величина радиуса кривизны пузырька совпадает с величиной радиуса капилляра. Пузырек в это время представляет собой полусферу, “висящую” на конце капилляра. Давление при этом достигает максимального значения.
Показание манометра ρ−ρ1 максимально, (заметим, что даже максимальное давление меньше давления в буфере вследствие дросселирующего действия крана). Если затем
радиус пузырька постепенно увеличивается, то образуется “шейка” и пузырек отрывается. В момент отрыва радиусы пузырьков различных жидкостей различны, но минимальные радиусы одинаковы и равны радиусу капилляра. Поэтому, измерения максимальное давление в пузырьке воздуха при работе с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которой известен, можно найти радиус капилляра:
2α0
R = g(l0ρ1 − Dρ)
где l0 - максимальная высота столба жидкости в манометре.
При работе исследуемой жидкостью так же необходимо измерять максимальное давление.
Результаты измерений записываются в таблицу. Таблица 3
Download 235 Kb.
Do'stlaringiz bilan baham:
