Лабораторная работа: Визначення коефіціенту поверхневого натягу рідини

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ

Мета роботи: Визначити коефіцієнт поверхневого натягу води методом відриву петлі.

Прилади і матеріали: Динамометр типу ДПН, дистильована вода, штатив, лінійка вимірювальна, пральний порошок.

Теоретичні відомості

На молекули, що перебувають в поверхневому шарі рідини, діють сили притягання з боку інших молекул, направлені всередину рідини. Щоб молекула вийшла з внутрішніх шарів у поверхневий шар рідини, необхідно виконати роботу проти дії сил молекулярного притягання. В результаті цього молекули поверхневого шару мають надлишок енергії, який називають вільною поверхневою енергією рідини.

Поверхнева енергія в стані рівноваги рідини прагне до мінімуму, а вільна поверхня рідини намагається скоротитись. При утворенні тонкої плівки рідини шириною l (рис.1) вздовж межі поверхні рідини діє сила поверхневого натягу , модуль якої дорівнює:

          F = s × 2 l,                      (1)

де s – коефіцієнт поверхневого натягу. Множник 2 з’являється тому, що плівка має дві поверхні. Звідси:

                          (2)

Силу поверхневого натягу F вимірюють чутливим динамометром типу ДПН, а ширину плівки, яка дорівнює ширині дротяної петлі, – вимірювальною лінійкою.

Динамометр типу ДПН (рис. 2) складається з корпуса 3, всередині якого розташована пружина 5, що закінчується відрізком прямого дроту з гачком 7. Гачок призначений для з’єднання петлі 8 з пружиною динамометра. Для відліку показів по шкалі динамометра на дроті закріплена стрілка 6. Досліджувану рідину наливають в скляну чашку 9. Для вимірювання коефіцієнту поверхневого натягу дротяну петлю повністю занурюють в рідину, а потім повільно витягують з неї. При цьому на петлі утворюється плівка. Коли сила пружності пружини динамометра стане рівна силі поверхневого натягу F, плівка розривається.

Хід роботи

1. Ознайомтесь з будовою динамометра ДПН.

2. Підготуйте прилад для виконання вимірювань. Для цього надіньте на гачок 7 петлю 8 (див. рис.2). Брати петлю руками небажано, тому скористайтесь пінцетом або відрізком тонкого дроту. Притримуючи кнопку 1, відкрутіть стопорний гвинт 2. Натискаючи на кнопку 1, встановіть стрілку динамометра на нульову поділку шкали. При необхідності злегка поверніть кнопку, щоб кінчик стрілки був поблизу шкали. Закрутіть стопорний гвинт.

3. Налийте в чашку 9 дистильовану воду і встановіть чашку на підставку 10. Обертаючи гвинт 11, підніміть чашку з рідиною до такого рівня, щоб петля повністю занурилась у воду.

4. Повільно опускайте чашку з водою, для чого викручуйте гвинт 11 до тих пір, поки не розірветься плівка рідини, що тягнеться за петлею. Зафіксуйте по шкалі динамометра, при якому значенні сили відбувається розрив плівки.

Примітка: Іноді після розриву плівки петля зривається з гачка і падає в чашку. Виймати її слід пінцетом або тонкою дротиною і перед тим, як повісити на гачок, потрібно видалити з петлі краплини рідини.

5. Повторіть вимірювання 5¸6 раз для даної петлі.

6. За формулою (2) обчисліть коефіцієнт поверхневого натягу. Довжина петлі l в мм вказана поблизу гнізд, де знаходяться петлі. При бажанні можна уточнити l, скориставшись лінійкою. Зверніть увагу: сила на шкалі динамометра вказана в мН, тому не потрібно переводити мм в м, а мН в Н; після  ділення F на 2l значення s отримаємо в .

7. Пункти 2 ¸ 6 виконайте ще для двох петель з набору. Не забудьте перевірити установку стрілки динамометра на нуль (див.п.2).

8. Для кожного з вимірювань обчисліть значення s. Знайдіть середнє значення коефіцієнту поверхневого натягу.

9. Результати вимірювань і обчислень зручно подати у виді таблиці 1:

10. Після виконання роботи видаліть краплини рідини з петлі серветкою або фільтрувальним папером і покладіть петлю в коробку. Воду з чашки вилийте в склянку.

Додаткове завдання

Дослідіть, як впливає на поверхневий натяг води розчинення в ній деяких речовин, наприклад, прального порошку.

Після виконання цього завдання мильний розчин слід вилити в окрему склянку, а чашку і петлю ретельно промити чистою водою.

Контрольні запитання

1. Що називають поверхневим натягом рідини?

2. В чому полягає явище змочування? явище незмочування?

3. Що називають капілярними явищами?

4. Чому дослід виконується не з прямолінійним відрізком дротини, а з петлею, що має П-подібну форму?

5. Як залежить коефіцієнт поверхневого натягу від домішок? від температури?