Lucrări de laborator 207

Lucrări de laborator № 207

DEFINIȚIA COEFICIENTULUI SUPRAFETEI

TENSIUNI PRIVIND RIDICAREA LICHIDULUI

ÎN TUBURI CAPILARE

Obiectiv: determinarea experimentală a coeficientului de tensiune superficială a lichidului studiat la înălțimea înălțimii sale în tuburile capilare.

Dispozitive și accesorii:

un set de tuburi capilare cu diametre diferite,

capacul tubului capilar,

un pahar pentru un lichid.

1. ENERGIA PLANTULUI SUPRAFEȚEI

ȘI TENSIUNEA SUPRAFEȚEI LICHIDELOR

Pe suprafața lichidului, lângă limita care separă lichidul și vaporii acestuia, moleculele se confruntă cu o interacțiune intermoleculară care diferă de interacțiunea intermoleculară a moleculelor pe care le resimt în timp ce se află în interiorul volumului lichidului.

În Fig. 1 moleculă a. fiind în interiorul volumului de fluid este înconjurat pe toate părțile de alte molecule de același fluid, care acționează pe ea la aceleași forțe medii ale căror rezultat este, prin urmare, egală cu zero. Molecule b. situate în stratul de suprafață al unui lichid, cum ar fi moleculele înconjurate doar de emisfera inferioară (concentrația moleculelor de vapori de lichid sau de gaz cu care se învecinează cu fluidul este de multe ori mai mică decât concentrația moleculelor de lichid, astfel încât forțele de interacțiune cu moleculele de vapori sau gaz din partea superioară a emisferei poate fi neglijat). Ca rezultat, moleculele care acționează în stratul de suprafață acționează ca un fluid rezultat în fluide

Pentru a transfera moleculele din adâncimea volumului lichidului în stratul de suprafață, trebuie depuse eforturi pentru a depăși forța. Această lucrare vizează creșterea energiei suprafeței. Aceasta este așa-numita energie potențială a moleculelor de strat de suprafață.

Coeficientul de tensiune superficială a unui lichid este o cantitate fizică care este numeric egală cu munca necesară pentru o creștere izotermică a suprafeței unui lichid pe unitate de suprafață:

Se poate observa din formula (1) că coeficientul de tensiune superficială este măsurat în

La interfața lichidelor cu solide, apar fenomene umede (non-umectare), sub care suprafața liberă a buclelor lichide se apropie de peretele solidului. Suprafața lichidului, curbată la limita contactului cu un solid, se numește meniscus. Linia prin care meniscul atinge solidul se numește perimetrul umezelii. Fenomenele de umezire (non-wetting) sunt caracterizate de unghiul unghiului dintre suprafața solidului și meniscus în punctele de intersecție (vezi figura 2).

Lichidul se umezește dacă unghiul ascuțit al colțului (00). De exemplu, apa umezeste sticla, mercurul umezește zinc. Pentru lichidele care nu uda solidul, unghiul de contact este obtuz (p ¤ 2

Dacă suprafața lichidului este limitată de un anumit contur, coeficientul tensiunii de suprafață este numeric egal cu forța care acționează pe unitatea de lungime a conturului care limitează suprafața:

Vectorul forței de întindere a suprafeței este direcționat de-a lungul tangentei la suprafața închisă de contur și perpendiculară pe ea (figura 3). Din expresia (2) rezultă că coeficientul de tensiune de suprafață este măsurat în.

3. FENOMENELE CAPILARE

Tubul îngust - un capilar (lat capillus -. Părul, adică capilar - un tub subtire, ca parul) umectarea nivel fluid mai mare decât comunicând cu acesta vas larg, și nici un nivel de lichid de umectare, dimpotrivă, de mai jos (a se vedea. Figura 4).

Schimbările în înălțimea nivelului lichidului din capilară se numesc fenomene capilare. Acestea sunt legate de faptul că, pentru echilibrul lichidului de umectare în capilară, presiunea excesivă creată de forțele de tensionare de suprafață trebuie să fie echilibrată de presiunea hidrostatică.

După cum se știe, presiunea hidrostatică poate fi găsită prin formula:

unde r este densitatea lichidului, g este accelerația datorată gravitației, h este înălțimea coloanei de lichid.

Presiunea excesivă poate fi găsită ca raportul dintre forța de suprafață și suprafața pe care acționează:

și forța de suprafață de suprafață, la rândul ei, poate fi exprimată din (2)

unde l este lungimea conturului.

În cazul unui capilar cilindric

unde r este raza capilarului. atunci

Ecuația (4) și (3),

obținem pentru înălțimea lichidului h în capilar următoarea formulă:

Această formulă, strict vorbind, este valabilă numai pentru lichide care practic umede complet (sau nu umed) suprafața unui solid, adică în acest caz, unghiul de contact q # 8771; 0 și cosq # 8771; 1 (sau q # 8771; p. și cos q # 8771; - 1 în cazul unui lichid fără umectare).

4. DESCRIEREA SETARII ȘI METODEI DE LUCRU

În această lucrare se utilizează trei capilare ale căror raze sunt r1. R2. r3 este necesar pentru a determina. Când capilarele sunt coborâte vertical într-un vas cu apă, înălțimile lichidului din capilare vor fi, respectiv, h1. h2. h3. În acest caz, coeficientul de tensiune de suprafață obținut de la formula (5) este egal cu

Valorile lui h1. h2 și h3 se găsesc utilizând cateterul KM-8, care constă dintr-o coloană pe un trepied, o glisantă de măsurare cu un telescop și un microscop de referință (figura 5).

Pe trepied este instalată o coloană 2. Cu ajutorul mânerelor 3, coloana poate fi rotită în jurul axei verticale. Mișcarea verticală dură a căruciorului de măsurare 4. purtând telescopul, este produs manual cu un șurub negativ 5. exact - cu ajutorul unui șurub cu micrometru 6 cu un șurub fix 5. Focalizarea imaginilor de plasă de scală și curbele de scală este făcută de ocularul 7. și obiectul măsurat cu un șurub 8.

Înainte de măsurare, porțiunea luminoasă a microscopului de referință trebuie să fie conectată la rețea prin transformator.

La măsurare, trebuie respectată următoarea comandă:

1. Deșurubați șurubul 5 și mutați carul de măsurare 4 la nivelul punctului obiect selectat.

2. Instalați ocularul 7 al telescopului la claritatea imaginilor rețelei de scală și a scalei.

3. Reglați imaginea obiectului care urmează să fie ascuțit cu un șurub 8. Apoi, folosind un șurub micrometru 6 cu șurubul 5 fix, efectuați alinierea precisă a telescopului la punctul obiect selectat.

4. Grila telescopică are o cruce, iar bara orizontală stângă este realizată sub forma unui bisector înclinat la nivelul cursei orizontale (vezi Figura 6).

5. Pentru a măsura diametrul interior al capilarului, este necesar să scoateți prima lectură de pe scală (vezi Figura 7). Pentru a face acest lucru, este necesar să se aranjeze traversa telescopului așa cum este arătat în Fig. 6 (poziția 1 - punctul inferior al diametrului interior al capilarului). Apoi, deplasând căruciorul cu ajutorul unui microșurub 6 (cu șurubul 5 fix), îndreptați telescopul la al doilea punct al diametrului interior al capilarului (punctul 2 din figura 6). Diferența dintre două valori ale scării va da valoarea segmentului măsurat (în cazul nostru, diametrul capilarului).

Prin urmare, pentru comoditatea calculului coeficientului de tensiune a apelor de suprafață în formula (6), în loc de r1. r2 și r3, este mai bine să se furnizeze valorile diametrelor interioare ale tuburilor capilare d1. d2. d3. măsurată direct cu un cathetometru. Apoi formula (6) ia forma:

Formula (7) este una computațională.

În câmpul vizual al ocularului telescopului este o scală milimetrică, indicată prin figuri mari (pe stânga) și o grilă de scală (figura 7). Bisectorul zero de zecimi de milimetru servește ca un indice pentru numărarea milimetri întregi. În Fig. 7 Bisectorul punctului zero a trecut pe cel de-al 145-lea curs al scalei. Numărătoarea este egală cu 145 mm plus segmentul de la cursul 145 până la bisectorul zero. În acest segment, numărul de zecimi dintr-un milimetru este indicat de cifra ultimelor zecimi dintr-un milimetru trecut de bisector, în acest caz de numărul 3.

Suturile unui milimetru sunt numărate în direcția orizontală a grilei, unde bara de bare de milimetru este situată exact în mijlocul bisectorului. În Fig. Cursa de 7 milimetri traversează a 5-a "verticală". Viteza finală este de 145.35 mm.

Pentru a crește acuratețea măsurătorilor diametrului capilarelor, citirile sunt luate de cel puțin trei ori și se determină valoarea lor medie.

5. PERFORMANȚĂ SAU PROCESARE

1. Prin transformator, porțiunea de iluminare a microscopului de referință al cathetometrului este conectată la rețea.

2. Curățați, spălate în apă distilată, tub capilar montat într-un suport, montat orizontal și măsoară diametrul interior (de 3 ori pentru fiecare capilar) conform măsurării procedurii de cathetometer. Din valorile obținute, luați media aritmetică și înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel.

3. Tuburile capilare montate vertical și coborâtă în vasul cu apă, astfel încât capetele inferioare ale capilarelor au fost sub nivelul lichidului de 5-6 cm. După 1-2 minute de ridicare a acestora, fără a scoate din apă și este fixată cu ajutorul picioarelor trepiedului.

4. Desfacerea șurubului 5. mișcați carul 4 vertical și cu ajutorul mânerelor 3. conduceți telescopul la una dintre capilare (imaginea obiectului din câmpul vizual este inversată). Cu ajutorul șurubului 8, se obține o imagine clară a obiectului investigat (în cazul nostru, o imagine ascuțită a meniscului).

Pentru a determina coeficientul tensiunii superficiale s (a se vedea formula (7)), este suficient să se determine diferențele de înălțime ale coloanei de apă în capilare: h1 - h2. h1 - h3 și h2 - h3. Prin urmare, folosind cathetometrul, sunt decupate numai pozițiile de pe vârfurile meniscului. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel.

Densitatea apei r = ... kg / m 3. accelerarea gravitației g = ... m / s 2

5. Folosind formula (7), care constă din trei părți independente, se calculează coeficienții de tensionare a apei de suprafață, indicându-i ca s1. s2. s3. Apoi determinați media aritmetică.

6. Gasiti Ds-ul absolut si eroarea relativa E a rezultatului, pe baza valorii tabela a valorii dorite:

Valoarea tabelară a coeficientului de tensiune superficială a apei la 20 ° C este s = 72,5 × 10 -3 N / m.

6. ÎNTREBĂRI PENTRU ACCESUL LA MUNCĂ

2. Ce se numește coeficientul de tensiune de suprafață? În ce unități se măsoară?

3. Dispozitivul cateterului KM-8 și semnificația sa în această lucrare. Cu ce ​​precizie puteți face măsurătorile cu ajutorul unui cathetometru?

4. Notați formula de lucru și explicați cantitățile incluse în ea.

7. ÎNTREBĂRI PENTRU PROTECȚIA LUCRĂRILOR

2. Dați definiția meniscului, unghiul colțului.

3. Care este fenomenul umezelii (nu umezirea) lichidului de pe suprafața unui corp solid. Dați exemple.

4. Pe ce depinde înălțimea lichidului din capilar? Luați formula (5).

5. Obțineți formula de lucru (6) pentru calcularea tensiunii superficiale a lichidului.

6. Ce factori pot afecta rezultatul experimentului asupra setării de lucru?

Articole similare

• Schimbul de cursuri și proiecte de diplomă (scrierea la ordine de teză, teză, cursuri 1

• Schimbul de proiecte de curs și de diplomă (scris la teză, teză, cursuri_4

• Schimbul de proiecte de curs și de diplomă (scris la teza de teza, teza, cursuri

Trimiteți-le prietenilor: