Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_06

Лабораторна робота № 6

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ ВІД КОНЦЕНТРАЦІЇ РОЗЧИНУ

Мета роботи. Отримати експериментальну залежність коефіцієнта поверхневого натягу від концентрації цукру в розчині.

6.1. Теорія методу та опис приладів

Поверхневий натяг рідких розчинів відрізняється від поверхневого натягу розчинника за тих же умов. Це пов’язано зі знаходженням у поверхневому шарі разом з молекулами розчинника молекул розчинної речовини, які в загальному випадку відрізняються силами міжмолекулярної взаємодії. Тому поверхнева енергія і коефіцієнт поверхневого натягу залежить від концентрації розчинної речовини. Значення коефіцієнта поверхневого натягу розчинів займає проміжне значення між коефіцієнтом поверхневого натягу розчиненої речовини і розчинника.

Уданій роботі

використовується		метод
відриву	прямокутної				a
пластинки	(рис.1)	із
сторонами a і b невеликих
розмірів, від	рідини, яка
					b
змочує пластинку.
Цей метод у порівнянні
з методом відриву		кільця	Рис. 1. Металева пластинка на
ускладнюється	тим,	що			поверхні рідини,
відносна	похибка

вимірювання розмірів пластинки збільшується (завдяки малим значенням шуканих величин та необхідністю врахування ваги краплини P, яка прилипає до пластини під час відриву останньої від поверхні рідини, внаслідок одного порядку її величини з

силою поверхневого натягу F). Сила відриву пластини F1				від поверхні рідини
дорівнює:
F1 F P		,		(6.1)
де F = 2σ(a+b)cosφ, а φ – крайовий кут змочування (рис.1).
Якщо підставити значення F у рівняння (6.1), то коефіцієнт поверхневого
натягу визначатиметься з рівності:
	F1 P
	2 (a B) cos		.	(6.2)

Для уникнення вимірювань розмірів пластини використовують відносний метод (вимірювання). Якщо величини, які відносяться до розчину позначимо індексом x, а відповідні параметри еталонної рідини (в нашому випадку води) будемо писати без індексів, то з двох рівнянь, записаних для розчину та еталонної рідини одержимо:

1

x

Fx Px

F P .

(6.3)

Для води та її розчинів спостерігається повне змочування металів, тому φ≈0, а

cosφ≈1.

У

формулі

(6.3)

σ = 7,275·10-2 Н

–

коефіцієнт

поверхневого

натягу

м

дистильованої води

на

межі вода-повітря

при

293 К; Fx

та F –

сили

відриву

пластини від розчину цукру та від

дистильованої води відповідно; Px та P – вага

5

6

7

пластини

з

краплиною

для розчину

та води

відповідно.

8

В даній роботі величини Fx, F, Px, P

вимірюються за допомогою торзійних терезів

9

(рис.2), межі вимірювання яких 0 –

500 мГ

(1 мГ= 9,8·10-6Н).

При зважуванні на торсійних терезах їх

4

плоска спіральна пружина закручується,

причому

кут

закручування

пропорційний

3

10

діючій

силі,

тому терези проградуйовані в

2

одиницях сили. При закручуванні пружини під

дією сили, що передається через коромисло 8,

1

покажчик 4 рівноважного стану пружини

зміщується в бік від нульового положення.

Рис.2

Покажчик можна знову встановити в нульове

положення поворотом круглої шайби 5, яка

переміщується разом зі стрілкою 6. При цьому стрілка, жорстко зв’язана з шайбою

5, покаже вагу тіла, яке висить на гачку 9 коромисла 8, з точністю до 1 мГ.

Література

1.І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: навч. посібник. –

Т.2. – К., 2006. – С. 468 – 471.

2.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 429 – 450.

3.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.1. – К. –

1968. – С. 357 – 369

6.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Що називають явищем поверхневого натягу?

2.Пояснити порядок дій з користування торсійними терезами.

6.3. Практичне виконання роботи

Прилади, обладнання

2

1.Торсійні терези з пластинкою . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

2. Набір склянок з розчином цукру різної концентрації. . . . . . . . . . . . 1 шт.

3.Фільтрувальний папір . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

Порядок виконання роботи

Завдання. Визначити за допомогою торсійних терезів значення коефіцієнтів поверхневого натягу кількох водних розчинів цукру та побудувати графік залежності σх від концентрації m розчину.

1.Встановити терези за рівнем 1 гвинтами 2.

2.За допомогою аретира 3 звільнити коромисло 8 терезів.

3.Обертанням шайби 5 встановити стрілку 6 на нульову позначку, а коректором 10 сумістити покажчик 4 з вертикальною рискою.

4.Відкрити дверцята 7 камери спокійного повітря терезів і до гачка 9 підвісити попередньо витерту об фільтрувальний папір пластинку, тримаючи її за кільце.

5.Зрівноважити терези, повертаючи шайбу 5 разом із стрілкою до такого положення, коли покажчик 4 суміститься з вертикальною рискою (коректор 10 не чіпати!). У цьому положенні стрілка покаже вагу сухої пластинки.

6.Поставити бюксу з дистильованою водою на підйомну платформу, підвести бюксу під пластинку і підіймати платформу до тих пір, поки вода не торкнеться поверхні пластинки.

7.Повільно обертати шайбу 5 із стрілкою 6 в напрямку, протилежному годинниковому до моменту відриву пластинки від поверхні води.

8.Записати значення F, яке відповідає силі відриву пластинки від води.

9.Опустивши столик, прибрати посудину з водою, не торкаючись коромисла терезів та пластинки.

10.Зрівноважити терези, повертаючи шайбу із стрілкою в напрямку нульового положення до співпадання покажчика 4 з вертикальною рискою.

Записати значення Р, яке відповідає вазі пластинки з краплиною.

11.Висушити пластинку фільтрувальним папером і проробити цей дослід ще двічі (пп. 5 – 10), записуючі отримані дані.

12.Концентрацію m для кожного розчину визначити за допомогою рефрактометра.

Визначення концентрації розчину рефрактометром Аббе

Рефрактометр Аббе застосовується в основному для швидкого визначення показника заломлення і концентрації цукру в розчині. Принцип дії приладу заснований на явищах, які відбуваються при проходженні світла через границю двох середовищ з різними показниками заломлення.

Рефрактометр Аббе складається з двох біпризм А і В. Вузький проміжок між ними заповнюється досліджуваною речовиною (3 – 4 краплі). Промені світла, проходячи через скло і досліджувану речовину, заломлюються і виходять з призми в повітря (рис. 3). Якщо на шляху променя поставити зорову трубу С, то ми побачимо поле зору, поділене на світлу і темну смуги. Для визначення концентрації цукру в розчині, потрібно навести зорову трубу рефрактометра так, щоб кути риски, що видно в ній, збіглися на межі темної та світлої зони (рис. 4), й по правій шкалі зробити відлік у відсотках. Рефрактометр освітлюється білим світлом. Щоб не було

3

характерного забарвлення межі зон внаслідок розкладання білого променя, у рефрактометрі є спеціальний компенсатор, обертаючи який можна досягти чіткої межі розділу поля між темною і світлою зонами.

	A	15%
		10%
B
		5%
	C
		0
	Рис. 3	Рис. 4
4.	Виконати аналогічний дослід тричі для кожного розчину. Обчислити
коефіцієнти	поверхневого натягу для	всіх розчинів за формулою (6.3),

використовуючи середні значення F і P для дистильованої води.

5.Побудувати графік залежності коефіцієнта поверхневого натягу σ від

концентрації m розчину.

6.Обчислити похибки вимірювань та зробити висновок.

6.4. Орієнтовні контрольні запитання і тестові завдання для оцінювання якості виконання і захисту лабораторної роботи

1.Пояснити природу сил поверхневого натягу.

2.Дати три означення коефіцієнта поверхневого натягу.

3.Пояснити температурну залежність коефіцієнта поверхневого натягу.

4.Пояснити залежність σ від концентрації розчину цукру у воді.

5.Що таке поверхнево активні речовини?

6.Як відбувається розчинення цукру у воді?

7.Навести приклади використання явищ змочування і незмочування в техніці, промисловості, будівництві та сільському господарстві.

4