microbik.ru
1
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости капельным методом

Оборудование: сосуд с водой, пипетка, бюретка, штангенциркуль, клинышек, штатив с муфтой и лапкой, весы и набор разновесов, емкость для сбора капель, сосуд с неизвестной жидкостью.

В этой работе коэффициент поверхностного натяжения жидкости определяется методом отрыва капель. Такой метод называется сталагмометрическим (от греческих слов stalagma — капля и metron — мера).

Для проведения измерений используется установка, состоящая из штатива с муфтой и лапкой, на котором установлена бюретка с исследуемой жидкостью, изображённая на правом рисунке:

.

.

Жидкость, медленно вытекающая из узкого кончика бюретки, образует у нижнего отверстия каплю, которая перед отрывом принимает грушевидную форму. Отрыв капли от кончика бюретки происходит в тот момент, когда сила тяжести, действующая на каплю, станет равной равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих на границе соприкосновения отрывающейся капли с кончиком бюретки:

Fтяж = Fпов.натяж

Измерив радиус «шейки» капли в момент ее отрыва, а также массу оторвавшейся капли, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости:

mg = σ 2 π r ,

где m – масса одной капли, g – ускорение свободного падения, σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, а 2 π r – длина окружности шейки капли в момент отрыва. Отсюда:

σ = -----

Для повышения точности измерений обычно отсчитывают несколько десятков капель, измеряют их общую массу, а потом. Разделив общую массу всех оторвавшихся капель на их количество, находят значение массы одной капли.

Для этой же цели - для достижения необходимой точности в определении радиуса

шейки капли - изображение отрывающейся каплю проектируют с известным увеличением

на экран, где и производится измерение ее диаметра с учетом этого увеличения.

Но обычно диаметр шейки капли принимают примерно равным диаметру отверстия

нижнего кончика бюретки. Внешний диаметр этого отверстия измеряют штангенциркулем

или микрометром, а для измерения его внутреннего диаметра кроме этих измерительных приборов используют маленький клинышек.
Описанный способ экспериментального определения коэффициента поверхностного

натяжения дает хорошие результаты, несмотря на то, что в действительности отрыв

капли происходит не совсем так, как описано выше. При внимательном наблюдении за поведением отрывающихся капель можно заметить, что на самом деле капля не отрывается по линии окружности шейки. В тот момент, когда масса капли достигает значения, определяемого равенством силы тяжести и сил поверхностного натяжения, ее шейка начинает быстро сужаться, как это показано на рисунке г, причем обычно вслед за отрывающейся каплей сразу образуется еще одна маленькая капелька, как это показано на рисунке д.



Задание №1. Определение коэффициента поверхностного натяжения воды с помощью бюретки

Наполните бюретку водой, отрегулируйте скорость падения капель так, чтобы капли падали достаточно медленно и вам было удобно их считать (примерно 20–30 капель за две минуты).

Взвесьте пустую емкость для сбора капель.

Отсчитайте в эту емкость несколько десятков капель

Затем взвесьте эту емкость с «каплями».

Определите массу одной капли.

С помощью штангенциркуля измерьте внешний диаметр кончика бюретки, а затем определите его внутренний диаметр с помощью клинышка

Определите коэффициент поверхностного натяжения воды по формуле (3), подставляя в нее сначала значение внешнего диаметра, а затем внутреннего диаметра кончика бюретки.

Занесите полученные результаты в таблицу:


№№

Масса пустого сосуда


Количество капель


Масса сосуда с каплями


Масса одной капли



Диаметр шейки

капли

Коэффициент поверхностного натяжения

1

 

 

 

 













2

 

 

 

 













3

 

 

 

 














Повторите опыт еще два раза, изменяя количество капель.
Все полученные данные внесите в таблицу.

Задание №2. Определение коэффициента поверхностного натяжения воды с помощью пипетки

Возьмите вместо бюретки пипетку и определите с ее помощью коэффициент поверхностного натяжения воды тем же способом, что и в первом задании.
Для записи полученных результатов можно сделать новую таблицу или продолжить уже существующую.

Сравните результаты, полученные при выполнении первого и второго заданий.

Как вы думаете, какой из этих двух способов точнее – первый или второй?

Задание №3. Определение коэффициента поверхностного натяжения с помощью эталонной жидкости

В этом задании коэффициент поверхностного натяжения неизвестной жидкости будет определяться путем сравнения с коэффициентом поверхностного натяжения эталонной жидкости - воды, значение которого известно и составляет 7,3 10-2 Н/м.

Из формулы следует, что коэффициенты поверхностного натяжения эталонной и неизвестной жидкости будут отличаться во столько же раз, во сколько раз отличаются массы их капель.

Налейте в бюретку неизвестную жидкость и отрегулируйте скорость падения капель так, чтобы капли падали достаточно медленно и вам было удобно их считать (примерно 20–30 капель за две минуты).

Взвесьте пустую емкость для сбора капель.

Отсчитайте в эту емкость несколько десятков капель

Затем взвесьте эту емкость с «каплями».

Определите массу одной капли.

Заполните таблицу результатов этих измерений для неизвестной жидкости:

№№

Масса пустого сосуда


Количество капель


Масса сосуда с каплями


Масса одной капли



Коэффициент поверхностного натяжения

1

 

 

 

 




2

 

 

 

 




3

 

 

 

 




Используя данные первого задания, рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения неизвестной жидкости не по формуле , а сравнивая его значение с эталонным (7,3 10-2 Н/м):

Запишите формулу, по которой вы проводили эти расчеты.

Используя табличные значения, определите неизвестную жидкость.
Оцените точность этого способа определения коэффициента поверхностного натяжения по сравнению с тем, который вы использовали в первом задании.
Рассчитайте погрешности результатов измерений в каждом из трех заданий и оцените их достоверность в каждом задании.