Определение коэффициента поверхностного натяжения способом капель

Экспериментальная установка состоит из бюретки с радиусом r_б = 1 мм. На бюретке нанесена шкала c ценой деления 0,1 миллилитра, по которой можно определить объем вытекающей жидкости. В СИ 1 мл = 1^. 10^-6 м³.

На рис. 3 показан процесс образования капли в бюретке. Перед отрывом капли образуется шейка, радиус которой примерно равен 0,9 радиуса бюретки (r_ш = 0,9 r_б). Вдоль окружности этой шейки и действует сила поверхностного натяжения жидкости F_п.н., которая в момент отрыва равна силе тяжести F_m.

F_m = F_п.н.

m_кg = 2r_ш,

где m_к – масса одной капли.

Массу капли можно выразить через плотность воды _в и объем одной капли V_к.

m_к = _в V_к

Объем одной капли можно определить экспериментально, зная объем вытекшей воды V и количество капель N.

Тогда, используя полученные выражения, можно выразить .

⁽¹⁾

Задание 1

1. С помощью крана бюретки установить течение воды по каплям.

2. Зафиксировать начальный объем жидкости по шкале и начать отсчет капель N.

3. Отсчитать порядка 50-100 капель, зафиксировать конечный объем воды.

4. По формуле (1) найти .

5. Провести эксперимент три раза и получить средний результат.

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом максимального давления в пузырьке

На рис. 4 изображена схема прибора Ребиндера. Исследуемая жидкость (вода) наливается в пробирку В. Через пробку этой пробирки проходит стеклянная трубка С, нижний конец которой оттянут и касается жидкости, а верхний конец соединен с атмосферой.

С помощью сосуда А (аспиратора), из которого при приоткрытом кране К₁ по каплям вытекает вода, в пробирке В создается разрежение. По мере вытекания воды из аспиратора, давление в пробирке В постепенно понижается. Разность давления P внутри и вне пробирки В приводит к возникновению на нижнем конце трубки С воздушного пузырька.

Так как увеличивается P, то и пузырек постепенно увеличивается, причем его радиус кривизны, как видно из рис. 5, вначале уменьшается, а растущая разность давления P уравновешивается давлением Лапласа (которое возникает под искривленной поверхностью внутри пузырька):

рис.5.

Уменьшение радиуса не может происходить беспредельно. По рис. 5 видим, что радиус пузырька не может быть меньше радиуса отверстия трубки r₀. Давление, которое компенсируется поверхностным натяжением, не ^{превосходит P, следовательно: (r}₀ ^{= 0,29 мм),}

где: r – радиус пузырька;  – коэффициент поверхностного натяжения.

При дальнейшем вытекании воды из аспиратора пузырек прорвется. Измерив P_max, вычисляют коэффициент поверхностного натяжения:

⁽²⁾

Величина P, необходимая для прохождения пузырьков, измеряется с помощью микроманометра. Цена деления микроманометра – 2 мм водяного столба. Величина разрежения P_max подсчитывается по формуле:

P_max = g h_max,

где  – плотность воды;

g – ускорение свободного падения;

h – показания микроманометра.

Задание 2

1. Слегка приоткрыть кран К₁ аспиратора (вода должна вытекать по каплям), создать постепенно увеличивающееся разрежение в пробирке В.

2. Зафиксировать показания микроманометра h_max в тот момент времени, когда пузырек прорвется.

3. Вычислить  при комнатной температуре по формуле (2).

4. Поставить электроплитку под сосуд Д и включить ее в сеть.

5. Нагревать воду в пробирке В до 50С, производя измерения по микроманометру h_max через каждые 10С (см. п. 1, 2).

6. Убрать плитку и поставить под сосуд Д емкость с холодной водой и произвести измерения по микроманометру h_max через 10С.

7. Данные измерений занести в таблицу.

8. По полученным данным вычислить  и построить график зависимости (t).

Таблица

Нагревание			Охлаждение			Среднее
t	h		t	h		t	
20			20			20
30			30			30
40			40			40
50			50			50