Описание лабораторной установки и метода измерения.

Лабораторная установка представляет собой тонкую вертикальную трубку (бюретку) с делениями, закрепленную на штативе.

На нижнем конце трубки расположен кран и капилляр. Когда кран открывают, то жидкость начинает медленно вытекать из трубки. У нижнего конца образуются капли, которые, достигая некоторого веса Р (постоянного для одной и той же жидкости при данной температуре), отрываются и падают. Капля отрывается только тогда, когда сила тяжести , действующая на нее в момент отрыва, станет равна силе поверхностного натяжения , которая удерживает каплю (рис.3). Сила действует по всей длине контура шейки, по которой и происходит отрыв капли. Радиус шейки капли r < R отверстия, из которого вытекает жидкость. Сила поверхностного натяжения равна:

F =   ℓ, (3)

где  – коэффициент поверхностного натяжения,

ℓ = 2 r (r –радиус шейки капли).

Поэтому

F = 2 r   (4)

Сила тяжести Р, действующая в момент отрыва на каплю, равна:

Р = mg = Vg (5)

где m = V – масса капли; g – ускорение свободного падения.

Так как капля отрывается при условии F = P, то, подставив их значения из уравнений (3), (5), получим:

2 r  = Vg (6)

Откуда  = (7)

рис. 3 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по формуле (8) сопряжено с трудностью измерения радиуса шейки капли. Чтобы избежать этого, используют сравнительный способ.

Коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости определяется сравнением с известным коэффициентом поверхностного натяжения ₀ для эталонной жидкости (дистиллированная вода).

Для эталонной и исследуемой жидкостей можно записать

₀ = ,  = , (8)

Разделим первое и второе уравнения (8) друг на друга, сократив одинаковые величины, получим:

, (9)

Откуда можно найти расчетную формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения объемно-капельным методом:

, (10)

где ₀ – коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости,

ρ, ρ₀ – плотности исследуемой и эталонной жидкостей,

V, V₀ - объемы N капель исследуемой и эталонной жидкостей.

Из трубки выпускают заданное число капель N сначала одной жидкости, а затем другой. Записывают значения объемов.

Значения плотностей (ρ, ρ₀) и коэффициента поверхностного натяжения эталонной жидкости (₀) берутся из справочных таблиц.

Порядок выполнения работы.

1. Укрепить бюретку в штативе. Промыть дистиллированной водой, затем исследуемой жидкостью. Налить в бюретку исследуемую жидкость.

2. По шкале бюретки заметить уровень жидкости (по нижнему мениску).

3. Открыть кран и выпустить N капель исследуемой жидкости. Число N задается преподавателем. По шкале бюретки заметить положение нового уровня.

4. По разности первоначального и конечного уровней определить объем заданного числа капель исследуемой (V).

5. Повторить опыт (пункты 1-3) 3 раза.

6. Найти среднее значение объема исследуемой жидкости (V _ср)

7. Аналогично определить объем N капель для эталонной жидкости (V₀). Для этого повторяют опыт согласно пунктам 2-5.

8. Найти среднее значение объема эталонной жидкости (V _{0 ср})

9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№п/п	V	V	V0	V0
1.
2.
3.
cр.знач.

10. Определить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости (α_ср), для чего в формулу (11) подставить средние значения объемов (V_{0 ср}, V_ср).

• плотность эталонной жидкости: ρ₀=1000 кг/м³,

• коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости: ₀=0,073 Н/м,

• плотность исследуемой жидкости: ρ=800 кг/м³.

11. Обработка результатов измерений производится как для косвенных измерений:

• находят абсолютные погрешности прямых измерений , , и их средние значения ΔV_р, ΔV_{0 ср};

• относительная погрешность определяется по формуле:

Е ,

• абсолютная погрешность косвенных измерений равна: _ср = Е∙_ср.

12. Записать окончательный результат в виде:

= ( _ср _ср ) при Е = …...%

13. Отчет составить по указанию преподавателя.