- •С.А. Погожих
- •От автора
- •1.Введение
- •1.1. Техника безопасности
- •1.2. Порядок выполнения работ
- •1.3. Правила построения графиков
- •1.4. Вычисление погрешностей
- •1.5. Рекомендуемая литература
- •2. Описания лабораторных работ
- •2.1. Лабораторная работа №1
- •2.2. Лабораторная работа №2 проверка закона шарля
- •2.3. Лабораторная работа № 3 определение плотности воздуха
- •2.4. Лабораторная работа №4
- •2.5. Лабораторная работа №5
- •2.6. Лабораторная работа №6
- •2.7. Лабораторная работа №7
- •2.8. Лабораторная работа № 8
- •Линейное тепловое расширение
- •Объемное тепловое расширение
- •Тепловое расширение с точки зрения молекулярно- кинетической теории
- •2.9. Лабораторная работа №9
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •2.10. Лабораторная работа №10
- •2.11. Лабораторная работа №11
- •2.12. Лабораторная работа №12
- •Измерения и обработка их результатов
- •2.13. Лабораторная работа №13
- •2.14. Лабораторная работа №14
- •2.15. Лабораторная работа №15
- •2.16. Лабораторная работа №16
- •Лабораторная работа №17
- •3. Приборы молекулярной физики
- •3.1. Насосы
- •3.2. Манометры
- •3.3. Термометры
- •3.4. Приборы, измеряющие влажность.
- •3.5. Термостат
- •Запрещается включать термостат без воды!!!
- •3.6. Вискозиметр
- •Методика измерения вязкости.
- •3.7. Катетометр
- •Конструкция прибора
- •Работа с катетометром
- •4. Справочние сведения*
2.13. Лабораторная работа №13
изучение температурной зависимости коэффициента ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯжеНИя ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПУЗЫРЬКАХ
Цель работы:экспериментальное определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости и его зависимость от температуры.
Приборы и принадлежности:термостат, пробирка с капилляром, аспиратор, жидкостный манометр, термометр, стакан для жидкости.
ТЕОРИЯ МЕТОДА И ОПИСАНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Давление внутри пузырька, возникшего на конце капилляра в жидкости при слабом прохождении воздуха через этот капилляр, равно атмосферному давлению p0. Это давление уравновешивается давлениемpнад поверхностью жидкости в сосуде и давлениемр1, обусловленным поверхностным натяжением. При небольшом погружении капилляра в жидкость гидростатическим давлением можно пренебречь, тогда
p0 = p1 + p, (1)
где
. (2)
При R =rp1– максимально (R– радиус пузырька,r- радиус капилляра. Следовательно,
.
Величина
постоянна для данного капилляра, ее можно определить, используя известное значение радиуса капилляра, или измерив ее с помощью катетометра. Зная k, можно по разности давлений внутри и вне пузырька определить величину КПН:
. (3)
С повышением температуры КПН уменьшается, так как при критической температуре он должен быть равен нулю. При этой температуре исчезает разница между жидкостью и ее паром, а значит, исчезает и поверхность, разделяющая обе фазы. Однако точный вид зависимости КПН от температуры не может быть установлен теоретически. Приближенно зависимость КПН от температуры выражается следующим равенством:
. (4)
где В– постоянный коэффициент, определяемый из опыта,– плотность жидкости, – молярная масса,– небольшая величина размерности температуры.
Из формулы (4) видно, что зависимость КПН от температуры тем сильнее, чем больше плотность жидкости и чем меньше молекулярная масса. Коэффициент Впрактически одинаков для всех жидкостей и равен 2.1 (в системе единиц СГС).
Экспериментальная установка для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей (рис. 19) состоит из сосуда 1 с исследуемой жидкостью, внутри которого вставлен капилляр 2. Сосуд 1 с помощью системы трубок соединен с аспиратором 3. Если из аспиратора вытекает вода, то давление воздуха внутри сосуда 1 понижается, а при некотором его значении pпод действием атмосферного давленияp0 через капилляр в жидкость продавливается пузырёк воздуха. Разность давленияp0 ‑ pизмеряется манометром 4. Для исследования зависимости КПН от температуры сосуд 1 помещают в стакан 5, заполненный водой, которая подогревается электрическим нагревателем 6. Температура в стакане 5 измеряется термометром 7. Аспиратор снабжен краном 8, через который вытекает вода. Нагреватель через тумблер 9 подключен к сети 42В.
Рис. 19
ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Наполните водой аспиратор.
2. Установите в сосуде 1 капилляр так, чтобы он касался поверхности исследуемой жидкости.
3. Откройте кран 8 (см. рис. 19) так, чтобы на конце капилляра медленно, ритмично появлялись пузырьки воздуха.
4. Определите для этого режима максимальную разность уровней (см. рис. 19) в манометре, которая равна разности давлений Dp(1мм. вод. ст.= 9.8Па). Измерьте также температуру жидкости.
5. Определите коэффициент k.
6. По формуле (3) рассчитайте s, заполните таблицу 16
7. По мере повышения температуры изменения sпроводите через 5-10 0С (перед измерением необходимо отключить нагреватель и выждать 5мин; всего необходимо провести не менее семи измерений).
Таблица 16
№ опыта |
t, oC |
H, мм. вод ст. |
Dp, Па |
s, H/м |
|
|
|
|
|
8. Постройте график зависимости s = ¦(t). Аппроксимируйте экспериментальные точки линией вида (4), вычислите коэффициентBи величину.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что называется коэффициентом поверхностного натяжения жидкости? В каких единицах он измеряется?
2.Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры? Когда и почему он равен нулю?
3.Какая жидкость называется смачивающей, какая - несмачивающей? Приведите примеры.
4.Что такое "краевой угол"?
5.Выведите формулу Лапласа. Чему равно дополнительное давление в случае цилиндрической поверхности, плоской поверхности?
6.Чем обусловлено внутреннее давление в жидкости?
7.Выведите формулу Жюрена.
8.Чему равно давление в пузырьке воды, находящемся на глубине 50 см от поверхности жидкости, если его радиус равен 0.5 см.