4) Метод измерения , основанный на капиллярных явлениях.

Экспериментальная установка состоит из трех, закрепленных на штативе, сообщающихся сосудов, один из которых является трубкой большего радиуса, а два других капиллярами радиусами и катетометра. В случае, когда сила поверхностного натяжения на границе раздела твердое тело-газ гораздо больше суммы сил поверхностного натяжения границ раздела твердое тело-жидкость и жидкость-газ, наблюдается явление полного смачивания, заключающееся в том ,что жидкость собирается растечься по поверхности твердого тела. Если при этом жидкость находится в очень узком сосуде (капилляре), то ее поверхность приобретает форму полусферы. Изгиб поверхности создает добавочное давление Лапласа, равноеи направленное к центру кривизны поверхности. В случае смачивания это приводит к поднятию жидкости в капилляре до тех пор, пока давление Лапласа не уравновесится гидростатическим давлением равным. Таким образом, высота поднятия жидкости в капилляре связана с коэффициентом поверхностного натяжения и радиусом кривизны капилляра соотношением

Рис.2

Экспериментально легче и точнее измерить разность высот поднятия жидкости в двух капиллярах, чем высоту поднятия жидкости в одном капилляре над уровнем жидкости в широком сосуде. Измерив эту разность, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость-газ по формуле

, где

4. Задания и порядок их выполнения

Задание 1.Определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца. Для этого:

1) Проверить, чтобы кольцо было сухим, а его нижняя поверхность установлена горизонтально.

2) Нагружая пружину и отмечая положение диск-индикатора, отградуировать шкалу, построить график зависимости , где– положение диска.

3) Налить в широкий сосуд воду (или другую жидкость) и установить его на подставке так, чтобы кольцо находилось над центром сосуда.

4) Осторожно растянув пружину, отпустить кольцо и привести его в соприкосновение с поверхностью жидкости. (Если кольцо не удерживается жидкостью, следует уменьшить первоначальное расстояние между свободно висящим кольцом и жидкостью).

5) Отпустить зажим сливного устройства и начать медленно сливать жидкость из сосуда.

6) Заметить положение диска в момент отрыва кольца и определить по градуировочному графику величину силы поверхностного натяжения.

7) Провести не менее 5 измерений, и пользуясь формулой , вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Задание 2.Определить коэффициент поверхностного натяжения методом отрыва капель, для чего:

1) Налить в капельницу жидкость.

2) Взвесить стаканчик (он должен быть сухим).

3) Измерить внешний радиус капилляра и присоединить капилляр к капельнице.

4) Накапать в стаканчик 200 капель и взвесить их.

5) Используя измеренные величины и формулу , определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Задание 3.Определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости методом измерения давления Лапласа в пузырьке воздуха, для чего:

1) Присоединить капилляр к манометру и сильфону.

2) С помощью подпружиненного столика подвести под капилляр сосуд с жидкостью так, чтобы капилляр опустился в жидкость на мм.

3) Медленно завинчивая винт сильфона, выдавить в жидкость пузырек воздуха.

4) Отметить максимальное значение избыточного давления на шкале манометра. Опыт повторить несколько раз.

5) Измерить внутренний радиус капилляра с помощью катетометра и, пользуясь формулой , определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Задание 4.Определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости с помощью капилляров, для чего:

1) Измерьте внутренние радиусы капилляров с помощью катетометра.

2) Наполните сообщающиеся сосуды капилляров жидкостью и закрепите на штативе.

3) Измерьте разницу уровней в капиллярах с помощью катетометра и, пользуясь формулой , рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Задание 5.Определить погрешность измеренийкаждым методом.