Почему следует добиваться медленного падения капель кратко

Обновлено: 04.07.2024

Среди всех веществ на Земле вода обладает уникальными физическими свойствами. Она является важнейшим звеном, объединяющим все живое на нашей планете. Организм взрослого человека на 70% состоит из воды, все биологические процессы обмена веществ протекают в водном растворе. Вода используется для различных технологических процессов и обладает некоторыми аномальными свойствами, не характерными для других жидкостей. Одним из таких удивительных свойств является поверхностное натяжение. Особые свойства поверхностного слоя жидкости можно наблюдать, когда отдельные капли воды стремятся принять шарообразную форму, образуется тонкая пленка при выдувании мыльного пузыря, питаются растения, поднимая воду по капиллярам, некоторые насекомые скользят по поверхности воды. Поверхностное натяжение играет важную роль в физиологии нашего организма и нас самих.

Вложение	Размер
issledovanie_hda_publik.docx	791.07 КБ

Предварительный просмотр:

Исследование явления поверхностного натяжения жидкостей

Работа выполнена Хоченковой Дарьей,

ученицей 7 А класса

Руководитель: Хоченкова Т.Е.,

Актуальность исследования стр. 3

Цели и задачи исследования стр. 3

Предмет исследования стр. 3

Гипотеза исследования стр. 3

Методы исследования стр. 4

Физика поверхностного натяжениястр. 4

Методы измерения коэффициента поверхностного натяжения

Эксперимент № 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостейстр. 6

Эксперимент № 2. Исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры стр. 7

Эксперимент № 3. Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществстр. 8

Заключение стр. 9
Использованные источники стр. 10
Приложение стр. 11-19

Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Тебя

невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что

ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни:

ты- сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую

не объяснишь нашими чувствами… Ты самое большое

богатство на свете…

Антуан де Сент-Экзюпери

Область исследования: молекулярная физика

Объект исследования: поверхностное натяжение жидкостей.

Предмет исследования: коэффициент поверхностного натяжения воды и других жидкостей.

Цель исследования : измерениекоэффициентаповерхностногонатяжения жидкостей и исследование факторов, влияющих на его изменение.

Гипотеза: наличие примесей, растворенных в жидкости, изменение ее температуры, род вещества изменяет коэффициент поверхностного натяжения.

Изучить физику поверхностного натяжения жидкостей.
Познакомиться с методами измерения коэффициента поверхностного натяжения;
Произвести измерение коэффициента поверхностного натяжения воды и других жидкостей методом отрыва капель;
Сравнить полученные данные с табличными значениями;
Выявить факторы, влияющие на коэффициент поверхностного натяжения воды;
Проанализировать результаты эксперимента и сделать выводы об использовании свойств поверхностного натяжения воды в повседневной жизни.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретические : изучение специальной литературы, анализ результатов эксперимента, формулирование выводов; экспериментальные : измерение коэффициента поверхностного натяжения методами отрыва петли и отрыва капель, исследование факторов, влияющих на коэффициент поверхностного натяжения воды.

Исследование проводилось в три этапа:

Подготовительный : выбор темы, формулирование целей, составление плана исследований.
Содержательный : изучение молекулярной теории поверхностного натяжения жидкостей, знакомство с методами измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, проведение экспериментальных исследований по определению коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, анализ факторов, влияющих на изменение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.
Заключительный : представление результатов исследования.

Практическая значимость: материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, во внеклассной работе.

Физика поверхностного натяжения

Каждое вещество, при определенных условиях, может находиться в различных агрегатных состояниях (фазах): твердой, жидкой, газообразной. При рассмотрении явлений, происходящих на границе раздела жидкость - газ, оказывается, что поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекула, расположенная на поверхности жидкости, притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (Приложение, рис. 1). Силами, действующими на такую молекулу жидкости со стороны молекул газа можно пренебречь, из-за большой разреженности газа. В результате на молекулы пограничного слоя действует равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. Поэтому, молекула поверхностного слоя имеет избыток потенциальной энергии, по сравнению с молекулами, находящимися внутри нее.

Чтобы перевести молекулу из объема жидкости на поверхность, необходимо совершить работу. Если поверхность определенного объема жидкости увеличивать, то внутренняя энергия жидкости увеличивается. Эта составляющая внутренней энергии называется поверхностной энергией, зависит от площади поверхности жидкости, сил молекулярного взаимодействия и количества ближайших соседних молекул. Для различных веществ поверхностная энергия будет принимать различные значения.

где σ - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом поверхностного натяжения; S - площадь поверхности.

[σ] = Дж/м 2 . Это энергетический способ определения поверхностного натяжения.

Равновесному состоянию системы в механике соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Вот почему свободная поверхность жидкости стремится сократить свою форму. Из всех тел равного объема минимальная площадь поверхности у шара, по этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Поверхностный слой жидкости подобен упругой пленке. Силы, действующие внутри поверхностного слоя, называются силами поверхностного натяжения. Это силовой способ определения поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине ℓ границы поверхностного слоя (рис. 2):

где σ - коэффициентповерхностного натяжения, характеризующий силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины границы поверхности. [σ] = Н/м.

Особенности поведения поверхностного слоя жидкости проявляются и на границе жидкость - твердое тело. Будет ли жидкость принимать сферическую форму или ровным слоем растекаться по твердой поверхности? Это зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхности.Если силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами жидкости, то жидкость смачивает тело и наоборот, если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость не смачивает поверхность и будет собираться в сферы. Мерой смачивания служит краевой угол θ между плоскостью, касательной к поверхности жидкости и плоскостью поверхности твердого тела (рис. 3). Внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающей жидкости — острый, для несмачивающей — тупой. При полном смачивании = 0, при полном несмачивании = 180°.

В природе часто встречаются тела, имеющие пористое строение, пронизанные множеством мелких каналов (капилляров). Такую структуру имеют бумага, кожа, дерево, почва, различные строительные материалы. Поверхностное натяжение жидкостей проявляется при подъеме или опускании жидкости в капилляре. Благодаря этому поднимается вода в стеблях растений, ткань впитывает воду. Если жидкость смачивает твердое тело, то она втягивается в капилляр за счет сил межмолекулярного взаимодействия и поднимается до тех пор, пока результирующая сила F в , действующая на жидкость вверх, не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h: F в = mg. Жидкость не смачивающая стенки капилляров, опускается в нем на расстояние h. По третьему закону Ньютона сила F в , действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения F пов , действующей на стенку по линии соприкосновения ее с жидкостью: F пов = F в . Высота поднятия жидкости в капилляре (рис. 5) определяется по формуле:

где ρ - плотность жидкости, r - радиус капилляра.

Методы измерения коэффициента поверхностного натяжения

Для определения поверхностного натяжения жидкостей используют две группы методов - статические и динамические. Статические методы (поднятия в капилляре, отрыва капли, лежачей капли) основаны на исследовании неподвижной поверхности, находящейся в равновесии с объемом жидкости. Динамические методы (счета капель, отрыва петли, максимального давления пузырька, втягивания пластины) предполагают механическое воздействие на жидкость, сопровождающееся растяжением и сжатием ее поверхности. В данной работе для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей я использовала методы счета капель и метод проволочной рамки.

Метод счета капель. Простой метод определения поверхностного натяжения на основе счета капель, образующихся при вытекании определенного объема жидкости. Для измерения объема использовался медицинский шприц. При медленном надавливании из канала шприца появляется капля, которая увеличивается и в момент отрыва модуль силы поверхностного натяжения равен модулю силы тяжести, действующей на каплюмаcсой m(рис.6).Будем считать диаметр шейки капли равным диаметру шприца. Следовательно: σ×π×d = m ×g. Масса капли вычисляется путем деления общей массы Mна число капель N:

Метод проволочной рамки. Доступный метод измерения поверхностного натяжения жидкостей на основе использованиядинамометра ДПН с принадлежностями (рис. 7). Погружая проволочную прямоугольную рамку длиной ℓ, касающуюся поверхности жидкости. При поднятии рамки над поверхностью жидкости между рамкой и поверхностью образуется пленка, которая тянет вниз. Сила, удерживающая рамку равна: F = σ×ℓ. Измеряя силу с помощью динамометра, вычисление коэффициента поверхностного натяжения жидкости произвести по формуле:

Эксперимент № 1 . Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей.

Цель: рассчитать коэффициент поверхностного натяжения различных жидкостей методом счета капель.

Приборы и материалы: различные виды жидкостей (вода чистая, вода талая, вода минеральная, водный раствор сахара, водный раствор соли, молоко, масло подсолнечное, кока-кола), медицинский шприц, весы, набор разновесов, стеклянный сосуд, лабораторные стаканы, штангенциркуль.

Собрать экспериментальную установку (Приложение, фотография 2.).
Измерить диаметр канала шприца с помощью штангенциркуля: d= 2 мм.
Измерить температуру различных жидкостей, дождаться установления теплового баланса талой воды с температурой воздуха в комнате, температурой других жидкостей. t=20°C.
Определить массу пустого сосуда m 1 и,добившись медленного падения капель, накапать N = 50 капель жидкости.
Определить m 2 массу сосуда с капельками жидкости.
Найти массу одной капельки жидкости:

На основе формулы [1] рассчитать значение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей.
Данные эксперимента занести в таблицу (Приложение, таблица 1).
Полученные результаты представить в виде диаграммы (Приложение, диаграмма 1).

Вывод: коэффициент поверхностного натяжения воды, полученный в эксперименте, составляет 71 мН/м, что близко к табличному значению: 73 мН/м. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости. Измерения показали, что наименьшим показателем σ = 68 мН/м обладает талая вода. Очень хорошо пить такую воду, клеткам организма не надо тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения. Вода с низким поверхностным натяжением биологически более доступна, лучше вступает в межмолекулярные взаимодействия. Наличие примесей изменяет коэффициент поверхностного натяжения воды, например, наличие сахара повышает поверхностное натяжение, а соленый раствор понижает. Из напитков полезно употреблять в пищу молоко, минеральную и талую воду.

Эксперимент № 2. Исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры.

Цель: определить экспериментально зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом проволочной петли.

Приборы и материалы: штатив с муфтой и лапкой, динамометр ДПН с принадлежностями, чашка Петри, термометр, вода, нагретая до различной температуры, линейка.

Собрать экспериментальную установку, закрепив динамометр в штативе (рис. 7).
Измерить длину проволочной рамки ℓ.
Налить в чашечку исследуемую жидкость, аккуратно опустить проволочную рамку до соприкосновения с жидкостью по всему периметру.
Медленно, без толчков, опуская чашу, наблюдаем, что вместе с проволочной рамкой поднимается и водяная пленка. Снять максимальные показания динамометра в момент отрыва рамки от жидкости. (Приложение, фотография № 1)
Повторить опыт для воды различной температуры.
На основе формулы [2] рассчитать значение коэффициента поверхностного натяжения воды различной температуры.
Данные эксперимента занести в таблицу (Приложение, таблица 2).
Полученные результаты представить в виде графика (Приложение, график 1).

Вывод: результаты, полученные в ходе измерения коэффициента поверхностного натяжения воды методом проволочной рамки, показывают, что температура влияет на величину коэффициента поверхностного натяжения. При увеличении температуры воды уменьшаетсязначение коэффициента поверхностного натяжения. Действительно, при увеличении температуры скорость движения молекул возрастает, интенсивность их колебаний усиливается. В результате расстояние между молекулами увеличивается, а связи между молекулами ослабевают.

Пониженное поверхностное натяжение позволяет воде проникать в поры между волокнами тканей. Это становится возможным благодаря уменьшению сил межмолекулярного взаимодействия, поэтому ткани, посуду, другие предметы и поверхности (в том числе и руки) нужно мыть горячей водой.

Эксперимент № 3. Определениекоэффициента поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ.

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды с растворенными в ней поверхностно-активными веществами методом счета капель.

Приборы и материалы: водные растворы поверхностно-активных веществ (раствор мыла, раствор средства для мытья посуды Fairy, раствор порошкаPersil, раствор шампуня), медицинский шприц, весы, набор разновесов, стеклянный сосуд, лабораторные стаканы, штангенциркуль.

Собрать экспериментальную установку (Приложение, фотография 3.).
Измерить диаметр канала шприца с помощью штангенциркуля: d= 2 мм.
Измерить температуру различных жидкостей.t=20°C.
Определить массу пустого сосуда m 1 и, добившись медленного падения капель, накапать N = 50 капель жидкости.
Определить m 2 массу сосуда с капельками жидкости.
Найти массу одной капельки жидкости:

На основе формулы [1] рассчитать значение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей.
Данные эксперимента занести в таблицу (Приложение, таблица 3).
Полученные результаты представить в виде диаграммы (Приложение, диаграмма 2).

Вывод: измерения показывают, что молекулы мыла на поверхности воды снижают коэффициент поверхностного натяжения почти в 1,8 раза (до 40 мН/м). Из исследованных веществ каждое соответствует своему назначению. Fairyбудет лучше смывать жиры с посуды, чем мыло. Порошок Persilнеобходим для стирки белья, проникая в поры между волокнами ткани. Мыльный раствор обволакивает частицы грязи, приводя к образованию эмульсий различных загрязняющих веществ, и удерживает нерастворимые частицы в мыльной пене и воде. Их можно удалить потом с поверхности проточной водой. Мне, как будущей хозяйке, интересно было познакомиться с молекулярными механизмами стирки, физическими явлениями, лежащими в ее основе. А вот полоскать, вымывать остатки мыла из выстиранной ткани после стирки, как следует из эксперимента №2 лучше в холодной воде, когда ее поверхностное натяжение велико.

В процессе выполнения работы я исследовала поверхностное натяжение различных жидкостей, изучила основные методы определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости на границе двух фаз жидкость - газ. Экспериментально вычислены значения коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей, результаты представлены в таблицах, графиках, диаграммах, фотографиях. Гипотеза исследования подтверждена.

Результаты проведенных экспериментов показывают, что силы поверхностного натяжения малы, проявляются при малых объемах жидкости. Поверхностная энергия жидкости зависит от рода вещества, от среды с которой она граничит, от температуры жидкости. Силы поверхностного натяжения важны в повседневной жизни человека. Состав питьевой воды, выполняющей роль универсального растворителя, в котором происходят все биохимические процессы организма, должен быть сбалансирован. Исследование позволило обратить внимание на физические свойства тех напитков, которые мы принимаем. Экспериментальная работапредоставила возможностьпознакомиться с удивительной физикой процесса стирки на молекулярном уровне, приобрести более глубокие знания явлений поверхностного натяжения, увидеть применения науки в явлениях повседневной жизни.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:

где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м 2 или Н/м

или

где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F_тяж=m_капли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

Опыт показывает, что d_капли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массу m=ρ·V

Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.

Вычислите поверхностное натяжение по формуле

Результат запишите в таблицу.

Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.

Найдите среднее значение поверхностного натяжения

Результат запишите в таблицу.

Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.

Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Результат запишите в таблицу.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

Почему следует добиваться медленного падения капель?

Количество капель в 1 мл - 21

Количество капель в 2 мл - 40

Количество капель в 3 мл - 59

Выполнение работы

1. Начертили таблицу:

Масса капель

Число капель

Диаметр канала шприца

Поверхност-ное натяжение

Среднее значение поверхностного натяжения

Табличное значение
поверхност-ного натяжения

Относительная погрешность

Вычисляем поверхностное натяжение по формуле

Находим среднее значение поверхностного натяжения по формуле:

Определяем относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Вывод: я измерил поверхностное натяжение жидкости (воды), оно получилось равным 0,069 Н/м, что с учетом погрешности 41,76% совпадает с табличным значением.

Ответы на контрольные вопросы

1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?

Поверхностное натяжение зависит от силы притяжения между молекулами. У молекул разных жидкостей силы взаимодействия разные, поэтому поверхностное натяжение разное. Также поверхностное натяжение зависит от наличия примесей в жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее.

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

Если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами - уменьшаются. т.е силы поверхностного натяжения зависят от температуры. Чем температура жидкости выше, тем слабее силы поверхностного натяжения.

3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

Изменится незначительно, т.к. в формулу входит величина g - ускорения свободного падения. А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов. Оно варьирует ся от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах.

4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?

Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула .

По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же.

5. Почему следует добиваться медленного падения капель?

При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно. Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, направленные вверх и удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли сила тяжести равна результирующей силе поверхностного натяжения F = πdσ.

Необходимо, чтобы капли отрывались от трубки самостоятельно, под действием силы тяжести. Если падение капель будет быстрым при дополнительном нажатии на поршень шприца, то в момент отрыва капли сила тяжести не будет равна силе поверхностного натяжения и данный метод даст большую погрешность измерения.

1. Научиться определять коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

2. Научиться пользоваться рычажными весами, пипеткой.

Оборудование: сосуд с водой, пипетка, чашечка, рычажные весы, иголка, миллиметровая линейка.

Теоретическое обоснование. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Поверхностное натяжение можно определить методом капель.

Расчеты показывают, что отрыв капли воды от пипетки происходит при выполнении равенства mg=σπd, где m-масса капли, σ-коэффициент поверхностного натяжения воды, d- внутренний диаметр пипетки. Отсюда

Для повышения точности измеряют массу М нескольких капель: М=m*n, где

n-число капель. Тогда расчетная формула принимает вид

Вопросы для самоконтроля по теории

1. От чего зависит поверхностное натяжение?

2. Как определить изменение потенциальной энергии поверхностного слоя жидкости при увеличении или уменьшении ее поверхности?

Практическая работа

1.Измерить диаметр канала пипетки d с помощью иголки. Для этого ввести до упора в канал пипетки соответственной толщины и измерить диаметр иглы, это и будет размер диаметра пипетки.

2.Накапайте в пустой стакан 100-200 капель воды и с помощью весов определите массу воды М.

3.Вычислите по формуле из описания работы σ.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

d, м

M, кг

σ, Н/м

5. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

Контрольные вопросы.

1. Объясните с точки зрения молекулярно – кинетической теории строения вещества упругость, текучесть и вязкость жидкости.

2. Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от вида жидкости?

3. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Почему а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

6. Какие явления можно наблюдать на границе жидкости с твердым телом?

8. Почему, прежде, чем покрыть штукатурку краской, производят грунтовку олифой?

9. Можно ли носить воду в решете?

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Цель работы:

1. Научиться определять коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

2. Научиться пользоваться рычажными весами, пипеткой.

Оборудование: сосуд с водой, пипетка, чашечка, рычажные весы, иголка, миллиметровая линейка.

Поверхностное натяжение можно определить методом капель.

Для повышения точности измеряют массу М нескольких капель: М=m*n, где

n-число капель. Тогда расчетная формула принимает вид

Вопросы для самоконтроля по теории

1. От чего зависит поверхностное натяжение?

Практическая работа

2.Накапайте в пустой стакан 100-200 капель воды и с помощью весов определите массу воды М.

3.Вычислите по формуле из описания работы σ.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

d, м

M, кг

σ, Н/м

5. Запишите вывод: что вы измеряли и какой получен результат.

Контрольные вопросы.

2. Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от вида жидкости?

3. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

6. Какие явления можно наблюдать на границе жидкости с твердым телом?

8. Почему, прежде, чем покрыть штукатурку краской, производят грунтовку олифой?

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Краткое теоретическое обоснование

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости.

Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости, стремясь уменьшить потенциальную энергию, сокращается. При этом совершается работа А.

А = s × D S, где s - коэффициент пропорциональности (выражается в Дж/м 2 или Н/м), называемый поверхностным натяжением:

s = , или s = .

Поверхностное натяжение можно определить различными путями, в том числе

Метод отрыва капель

Опыт осуществляют с бюреткой, в которой находится исследуемая жидкость. Открывают кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести F = m_к g равна силе поверхностного натяжения, граница поверхности – окружность шейки капли. Следовательно:

F = m_к × g ; l = p × d _{ш к} ; s =

Опыт показывает, что d_{ш к} = 0,9d_к , где d_к - диаметр канала узкого конца бюретки.

Оборудование: бюретка с краном, весы учебные с разновесом, сосуд для сбора капель, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки с помощью штангенциркуля.

2. Определить массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.

3. Плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с).

4. Под бюретку с отрегулированными каплями подставить взвешенный сосуд и отсчитать 100 капель.

5. Измерив массу сосуда с каплями, определить массу капель.

6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

7. Вычислить поверхностное натяжение по формуле: s =

8. Опыт повторить, добавив в сосуд с водой еще 50 капель.

9. Найти среднее значение s_ср

10. Определить относительную погрешность.

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

Масса

Число капель, n

Диаметр

Поверхностное

Натяжение s , Н/м

Среднее значение поверхностного натяжения s _{с р} , Н/м

Табличное значение поверхностного натяжения s _табл , Н/м

Относительная

погрешность d , %

Контрольные вопросы

1. Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?

2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?

3. В двух одинаковых пробирках одинаковое количество капель

воды. В одной вода с прибавкой мыла. Одинаковы ли объемы отмеренных капель?

4. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?

5. Почему в данной работе:

а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель?

Лабораторные работы II семестра

Лабораторная работа 1

Определение удельного сопротивления проводника

Цель: определить удельное сопротивление проводника

Краткое теоретическое обоснование

Основной электрической характеристикой проводника является его удельное сопротивление. Для металлического проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сечения S.

R =

где r - удельное сопротивление (выражается в Ом×м), оно выражает зависимость сопротивления от материала проводника, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м 2 :

Оборудование: испытуемая проволока на измерительной линейке, амперметр, вольтметр, соединительные провода, ключ, штангенциркуль, источник постоянного тока типа ВУ-4.

Порядок выполнения работы

Рисунок 1 - Схема для определения удельного сопротивления проводника

1. Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1.