Obiectiv: determinarea coeficientului de tensiune superficială a lichidelor.
Echipament: cupă cu apă, inele aluminiu, primăvară, riglă,
In moleculele de lichid dispuse pe suprafața altor molecule forțe îndreptate în interiorul lichidului, prin care stratul de suprafață al unui lichid face pe alte straturi de presiune moleculare, prin care lichidul capătă o formă astfel încât suprafața sa este un minim la un volum dat (mucegaiul în care acționează forma unei mingi).
Starea de stres a stratului de suprafață al unui lichid se numește tensiune superficială și este cauzată de forțele de atracție dintre moleculele acestui strat.
Suma forțelor de atracție care acționează asupra conturului care limitează suprafața unui lichid se numește forța de tensionare superficială. Raportul dintre forța de suprafață care acționează asupra conturului care limitează suprafața lichidului și lungimea acestui contur se numește coeficientul de tensiune de suprafață :. (1)
Se măsoară coeficientul de tensiune de suprafață în N / m.
Atunci când suprafața lichidului se întinde de la adâncimea sa până la suprafață, moleculele se mișcă, în timp ce lucrarea se efectuează împotriva forțelor de atracție moleculară și a energiei potențiale a suprafeței lichidului. Când suprafața este redusă, forțele moleculare deplasează moleculele spre interior și energia potențială a suprafeței scade. Această energie este numită energia liberă a suprafeței lichidului W.
Coeficientul de tensiune superficială (CPT) poate fi definit ca raportul dintre energia liberă a suprafeței lichidului și suprafața acestei suprafețe. . (2)
Valoarea CPN măsurată în. Valoarea CIT variază în funcție de impuritățile prezente în lichid. Substanțele care atenuează tensiunea superficială se numesc surfactanți - surfactanți (ulei, alcool, eter, săpun). Sarea și zahărul măresc rezistența la tensiunea superficială.
Moleculele unui lichid interacționează nu numai unul cu celălalt, ci și cu molecule de solide. Dacă interacțiunea dintre moleculele lichidului în sine este mai mare decât interacțiunea dintre moleculele lichidului și solidului, atunci un astfel de lichid va fi non-umed (Figura 1, a). Dacă forțele de interacțiune dintre moleculele unui lichid și un solid sunt mai mari decât forțele de interacțiune dintre moleculele lichidului însuși, lichidul va uda (Figura 1, b).
Unghiul dintre suprafața unui solid și tangenta la suprafața unui lichid se numește unghiul de contact al umezelii.
Suprafața lichidului (meniscului) turnat în vasul este curbat în pereții ei: a ridicat în cazul în care lichidul de umectare (meniscul concav - Figura 2a.) Și coboară în cazul fluidelor anti-umezire (Convex Menisc - Figura 2b.).
Pentru ca sistemul să se afle într-o poziție stabilă de echilibru, energia sa potențială trebuie să fie minimă.
Prin urmare, suprafața lichidului turnat în vas are tendința de a
reduceți la minimum (plan), iar datorită formei curbe a suprafeței există o presiune suplimentară Dp. definită de formula Laplace
unde R1 și R2 sunt razele de curbură a două suprafețe reciproc perpendiculare. Semnele "+" și "-" indică direcția presiunii suplimentare (Figura 24).
Dacă lichidul este turnat într-un vas cilindric îngust de diametru mic (tub capilar), apoi din cauza presiunii suplimentare se ridică tubul (în cazul umezirii fluid) în înălțimea h. definită prin formula Juren, (4)
în cazul în care: # 952; - unghiul de contact al udării; r este raza capilarului; r este densitatea lichidului.
Coeficientul de tensiune de suprafață poate fi determinat prin diferite metode. În lucrarea noastră, este determinată de metoda de detașare a inelului și de metoda de numărare a picăturilor.
Mod de tăiere
1. Verificați starea instalării. Planul inelului trebuie să fie orizontal.
2. Calculați poziția indicatorului "a" pe scala dinamometrului descărcat,
apoi poziția "b", când o pungă de m este plasată pe ceașcă. exprimată în kg. Greutatea este determinată de formula P = mg.
3. Folosind formula, se calculează valoarea scării din scala dinamometrului în N / div.
4. După îndepărtarea greutății, ridicați cuva cu apă utilizând
contactul suprafeței lichide cu inelul. Coborâți cuva, determinând poziția "c" a indicatorului în momentul detașării inelului. Repetați experimentul de 3 ori și determinați valoarea medie a ssr.
5. Folosind formula Fcp = k (ccp - a), calculați forța medie a tensiunii de suprafață
6. Conform formulei tt l = (d1 + d2) (unde d1 și d2 - diametrele exterioare și interioare ale inelului), calculează lungimea stratului limită al suprafeței delimitate de inel.
7. Folosind formula, calculați coeficientul de tensiune superficială a apei.
8. Gasirea din tabel a valorii coeficientului de tensiune superficiala a apei la temperatura experimentului, gasirea erorilor de masurare.
9. Înregistrați rezultatele măsurătorilor și calculelor din tabelul 1.
2. Metoda de numărare forma și mărimea picăturilor să iasă de la capătul tubului capilar picături, nu numai că depinde de tensiunea de suprafață, dar, de asemenea, diametrul tubului și densitatea efluentului (fig. 25). Înainte de separare picăturilor formate gât rază r, care este raza capilară ceva mai mic. Forța de suprafață F = 2πr # 945 acționează de-a lungul circumferinței gâtului. care în momentul separării este o cădere gravitațională P = mg2πr # 945; = mg (5) din care (6)
Din cauza complexității și greutatea de referință picături de calcul raza gâtului conform formulei (9.6) dă erori mari, astfel încât metoda compară tensiunea superficială a lichidului de testat cu un lichid de referință coeficient a0 tensiune superficială (apă distilată). Lăsați volumul aceluiași (între mărcile tub) urmează proba de picături de lichid n și n0 - picăturilor de lichid de referință. Masa unei picături de lichid este exprimată prin formula
atunci se va scrie expresia (5) pentru ambele lichide:
unde: r și r0 sunt densitățile lichidelor de testare și de referință.
Presupunând că razele picăturii unei picături pentru ambele lichide diferă foarte puțin și transformă ecuația (8) în raport cu a. obținem:
1. În stalagmometrul se toarnă apă distilată și se calculează numărul de picături n0 între mărci, după care se ajustează rata de ieșire a acestora. Densitatea r0 și coeficientul de tensiune superioară a0 pentru temperatura experimentului trebuie scrise din tabel.
2. Clătiți tubul cu soluție 1% de lichid de testare (sare de masă), toarnă aceeași cantitate de soluție. Calculați numărul picăturilor dintre semne. Folosind formula (9.9), se calculează coeficientul de tensiune superficială a lichidului.
3. Repetați experimentul cu soluții 3, 7 și 9% din acest lichid și calculați coeficienții de tensiune de suprafață pentru aceștia. Densitatea acestor lichide este indicată pe vase.
4. Înregistrați rezultatele în tabele
5. Trasați graficul tensiunii superficiale a concentrației de soluție, trasarea concentrația abscisa soluție și pe ordonată valorile tensiunii superficiale.
6. Faceți aceleași experimente pentru soluții de zahăr în apă.
7. Închideți modul în care CPN variază în soluția de zahăr.
Întrebări pentru protecția muncii:
1. Definiți CIT, indicați unitățile măsurătorilor sale.
2. Ce forțe sunt numite forțe moleculare și cum se schimbă când se schimbă distanța dintre molecule?
3. Care este energia liberă a suprafeței unui lichid?
4. Ce substanțe se numesc active de suprafață?
5. De ce lichidul este umezit de suprafața unui corp solid?
6. Ce formă are suprafața lichidului de umectare și non-umectare?
7. Ce este condiționat și cum este îndreptată presiunea suplimentară? Cum pot calcula acest lucru?
8. Cum să explicați fenomenele capilare? Cum se calculează înălțimea creșterii lichidului într-un tub capilar?
9. Derulați formula pentru tensiunea superficială prin metoda de numărare
Lucrarea de laborator № 9
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: