Описание установки

Приборы и принадлежности: цилиндрический сосуд с капилляром, весы с разновесами, стеклянный стаканчик, секундомер.

Установка для выполнения работы (рис. 13) состоит из стеклянного сосуда 2, имеющего внизу кран I, а сверху закрытого пробкой, через которую пропущен капилляр 4.

Сосуд на 9/10 заполняется водой. Если открыть кран, вода выливается из сосуда отдельными каплями, а над поверхностью воды создается пониженное давление. Таким образом, концы капилляра будут находиться под разным давлением (верхний конец - под атмосферным, нижний - меньше атмосферного), что обуславливает протекание воздуха через капилляр.

Рис. 13

Так как капилляр очень узок и воздух просачивается через него очень медленно, вырывания давлений на концах капилляра не происходит.

Для отсчета уровней воды в сосуде служит шкала 3.

Порядок выполнения работы

1. Заполнить сосуд водой.

2. Открыть краник, дождавшись, когда вода начнет вытекать из сосуда каплями, подставить предварительно взвешенный стаканчик, включить одновременно секундомер.

3. Измерить по шкале, укрепленной на стойке, высоту начального уровня воды h₁ (в момент начала появления капель).

4. Когда выльется приблизительно 60-80 см³ воды, перекрыть кран и остановить секундомер. Записать время истечения жидкости.

Внимание! Замер высоты h₁ и h₂ производится от основания крана до уровня воды.

5. Измерить новый уровень воды h₂.

6. Взвесить стаканчик с водой и по массе вытекшей воды определить ее объем, который будет равен объему воздуха, вошедшего в сосуд через капилляр.

7. Разность давления на концах капилляра рассчитать по формуле:

ΔР =

где - плотность воды.

8. Температуру измерить комнатным термометром, а атмосферное давление определить по барометру.

9. Значение радиуса и длины капилляра прилагаются к работе. Радиус капилляра равен 0,1 мм., длина его 76 мм.

9. Вычислить длину свободного пробега по формуле (6).

9. Опыт повторить три раза.

12. По среднему значению длины свободного пробега найти эффективный диаметр молекулы азота по формуле (7).

12. Оценить возможные источники погрешности метода.

Контрольные вопросы

1. Какова цель работы?

2. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов.

1. Объясните зависимость сил взаимодействия двух молекул от расстояния между ними.

3. Физический смысл эффективного диаметра молекул.

4. Физический смысл средней длины свободного пробега.

5. Связь средней длины свободного пробега и ее эффективного диаметра?

6. Как в данной работе определяется и σ? Какие физические величины непосредственно измеряются в опыте?

7. Опишите установку и объясните ход работы.

8. Чем объясняются погрешности в измерениях эффективного диаметра молекулы и средней длины свободного пробега?

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие. Т 1. - M.: Наука, 1986. - 432 с.

Лабораторная работа № 7

Определение коэффициента поверхностного натяжения

Введение

В поверхностном слое жидкости имеет место некомпенсированность межмолекулярных сил: частицы жидкости, находящиеся в этом слое, испытывают притяжение со стороны остальных молекул жидкости, иными словами на поверхностную молекулу действует сила, направленная внутрь жидкости, перпендикулярно ее поверхности. Для увеличения поверхности жидкости, т. е. для вывода молекул из глубины на поверхность, нужно совершить работу против этой силы.

Физическая величина, измеряемая работой, необходимой для увеличения поверхности жидкости на единицу площади, называется коэффициентом поверхностного натяжения . Взаимное притяжение между молекулами поверхностного слоя вызывает появление в нем силы поверхностного натяжения направленной по касательной к поверхности и перпендикулярной к контуру, ограничивающему эту поверхность.

Рис. 14

Сила, действующая на единицу длины контура, ограничивающего поверхность жидкости, численно равна коэффициенту поверхностного натяжения:

(1)

В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Дж/м² или Н/м.

Если поверхность жидкости выпуклая или вогнутая, то силы поверхностного натяжения F дают составляющую F₂ (рис. 14), направленную всегда в сторону вогнутой поверхности. Эта составляющая создает внутри всякой искревленной поверхности добавочное давление, величину которого в случае сферической поверхности определяют по формуле:

p = (2)

где r - радиус сферической поверхности.

Коэффициент поверхностного натяжения может быть определен различными методами.