Методические указания.

Наблюдая за отрывом капли жидкости от вертикальной узкой трубки, можно определить коэффициент s поверхностного н атяжения жидкости.

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости:

(1)

где l – длина участка контура, на который действует сила F (см. рис. 3 лаб. раб. № 207, а также небольшое теоретическое введение об энергии поверхностного слоя и поверхностном натяжении жидкостей).

Рассмотрим, как растет капля жидкости при выходе из узкой трубки. Размер капли постепенно нарастает, но отрывается она только тогда, когда достигает определенного размера (см. рис. 1 а).

а b c

Рис. 1.

Пока капля недостаточно велика, силы поверхностного натяжения достаточны, чтобы противостоять силе тяжести и предотвратить отрыв. Перед отрывом образуется сужение – шейка капли (рис. 1 b). Пока капля удерживается на конце капиллярной трубки, на нее будут действовать силы: сила тяжести , направленная вертикально вниз и стремящаяся оторвать каплю (рис. 2); силы поверхностного натяжения , направленные по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно контуру l шейки капли.

Рис. 2.

Эти силы стремятся удержать каплю. Результирующая сила поверхностного натяжения направлена вверх и равна

(2)

где l – длина контура шейки капли. Когда сила тяжести станет равна силе поверхностного натяжения произойдет отрыв капли:

Для модулей сил:

(3)

С учетом (2) запишем:

Так как длина контура шейки капли

где d – диаметр шейки капли, следова тельно

откуда

(4)

Масса одной капли

где r - плотность жидкости (для воды r = 1000 кг/м³), V_к – объем одной капли.

Если посчитать, сколько капель вытечет из капиллярной трубки в мерный стакан, и измерить их объем V, то можно найти объем одной капли:

Тогда коэффициент поверхностного натяжения можно рассчитать по формуле:

(5)

Формула (5) является рабочей расчетной формулой.

Для расчета s по формуле (5) необходимо во время измерения следить за чистотой капилляра и воды. Кроме того, коэффициент поверхностного натяжения s зависит от температуры исследуемой жидкости: с ростом температуры он уменьшается. При комнатной температуре 20 °С табличное значение коэффициента s для дистиллированной воды s_табл = 72,5×10^-3 Н/м.

Контрольные вопросы

1.Расскажите о явлении поверхностног о натяжения жидкостей.

2.От чего зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкостей?

3.Сделать выводы

Поиск по сайту: