1. Торсионный динамометр;

2. ручка регулировки торсионного динамометра;

3. рычаг торсионного динамометра;

4. нить для крепления кольца;

5. Термометр;

6. нагреватель-мешалка;

7. верхняя емкость с исследуемой жидкостью;

8. стеклянная трубка, погруженная в исследуемую жидкость;

9. одноходовой кран, регулирующий вытекание исследуемой жидкости;

10. нижняя емкость для стекания исследуемой жидкости;

11. резиновый шланг

Упражнение 1. Расчет коэффициента поверхностного натяжения. Исследование температурной зависимости коэффициента поверхностного натяжения.

1. Измерьте внешний диаметр кольца D и толщину его стенок d штангенциркулем не менее пяти раз; найдите среднее арифметическое.

2. Перед проведением дальнейших измерений кольцо необходимо обезжирить, протерев спиртом, а затем промыть в дистиллированной воде и тщательно высушить. При проведении дальнейших измерений не следует прикасаться к кольцу.

3. Вращая ручку 2 регулировки торсионного динамометра (рис. 1), установите стрелку динамометра на отметку «0». Установите рычаг торсионного динамометра в пределах белого сектора между черными метками 3 (рис. 1). Добейтесь этого путем вращения черной ручки регулировки, которая находится на задней панели динамометра.

4. Соберите установку в соответствии с рис. 1. Исследуемую жидкость наливают в стеклянную емкость (кристаллизатор) и ставят на мешалку-нагреватель. После этого кольцо с помощью нити прикрепляют к рычагу торсионного динамометра так, как показано на рис. 1, и погружают в исследуемую жидкость. Кольцо должно находиться примерно посередине объема жидкости. Рычаг динамометра при подвешивании и погружении кольца изменит своё положение, выйдя за пределы белого сектора.

Примечания:

• Необходимо следить за тем, чтобы плоскость кольца была строго горизонтальна.

• Одноходовой кран должен быть закрыт.

5. Перед началом измерений необходимо скомпенсировать силы, действующие на кольцо, погруженное в жидкость (подумайте, что это за силы), обнулив для этого показания динамометра. Для этого вращайте черную ручку регулировки, которая находится на задней панели динамометра по часовой стрелке до тех пор, пока рычаг торсионного динамометра не будет находиться в пределах белого сектора между черными метками.

6. Заполните одноходовой кран исследуемой жидкостью. Для этого

• нажмите на грушу насоса

• подсоедините насос к свободному концу одноходового крана

• откройте одноходовой кран

• медленно нажимайте на указатель , находящийся на насосе до тех пор, пока исследуемая жидкость не заполнит резиновый шланг и одноходовой кран

• закройте одноходовой кран

• отсоедините насос

7. Зафиксируйте температуру по показаниям термометра, погруженного в исследуемую жидкость.

8. Откройте одноходовой кран. При этом жидкость начнет вытекать в нижнюю емкость, уровень жидкости будет плавно понижаться. В процессе вытекании жидкости, вращая ручку 2 регулировки динамометра (рис. 1), необходимо удерживать рычаг торсионного динамометра в пределах белого сектора между черными метками. Показания динамометра в момент отрыва кольца от поверхности жидкости будут численно равны силе, необходимой для разрыва поверхностной пленки, то есть силе поверхностного натяжения F. После отрыва кольца сразу же закройте одноходовой кран.

9. Вылейте жидкость из нижней емкости в верхнюю емкость. Ручкой регулировки динамометра выставьте стрелку динамометра на отметку «0».

10. Повторите измерения 2-4 раза, выполняя действия, описанные в пп. 8-9.

Примечание: Не забывайте после каждого определения силы отрыва переливать жидкость из нижней емкости в верхнюю емкость и выставлять «0».

11. Поместите магнит в исследуемую жидкость, включите нагреватель и магнитную мешалку.

Примечание: Если исследуемая жидкость - вода, тогда рекомендуемая скорость вращения (set speed) не более 750 об/мин, ручка для регулировки температуры поверхности плитки (heater) – в положении 50÷100 ^oC.

12. Доведите воду, находящуюся в верхней емкости до нужной температуры, после чего выключите мешалку, дождитесь, чтобы жидкость «успокоилась» и повторите измерения, описанные в пп. 7-9.

Для воды измерения рекомендуется проводить через 5-10^оС, не перегревая воду свыше 80^оС. После окончания измерений выключите мешалку и плитку.

Примечание: Будьте особенно внимательны и осторожны, при проведении измерений с горячей водой.

13. По формуле (12) рассчитайте значения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости  при комнатной температуре (когда не проводился нагрев), используя данные, полученные при выполнении пп. 8-10. Проведите статистическую обработку результатов измерений  и сравните полученный результат с табличным значением для данной температуры.

14. По формуле (12) рассчитайте значения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости при различных температурах.

15. Постройте график зависимости коэффициента поверхностного натяжения  от температуры t. Сделайте вывод о характере зависимости  от t.

16. Рассчитайте тангенс угла наклона графика функции  (t), используя метод парных точек или метод наименьших квадратов.

17. Проверьте справедливость соотношения (6), рассчитав правую часть этого соотношения , и сравните ее с результатом расчета , полученным в п. 16. Сделайте вывод о выполнении уравнения Этвёша.

18. После окончания измерений удалите жидкость из верхней емкости и тщательно протрите ее.

Упражнение 2. Исследование влияния поверхностно-активных веществ на коэффициент поверхностного натяжения на примере водного раствора этилового спирта при комнатной температуре.

1. Замените резиновый шланг и стеклянную трубку на чистые.

2. Заполните верхнюю емкость первым из исследуемых растворов. Проведите измерения силы поверхностного натяжения F, руководствуясь указаниям пп. 6-9, Упражнения 1.

3. Для каждого раствора измерения проводите не менее трех раз. После каждой серии измерений, аккуратно заменяйте старый раствор новым. Проведите измерения для всего набора предлагаемых растворов.

4. По результатам измерений для каждого раствора рассчитайте среднее значение силы поверхностного натяжения F, а затем по формуле (12) рассчитайте значения коэффициента поверхностного натяжения для растворов разных концентраций этилового спирта.

5. Постройте график зависимости  раствора от концентрации этилового спирта. Объясните полученные результаты. Сделайте вывод о влиянии ПАВ на значение коэффициента поверхностного натяжения.

6. Проверьте, выполняется ли уравнение Шишковского (4). Для этого постройте график зависимости  раствора от ln (c) и сделайте вывод.

Примечание: Вместо растворов этилового спирта можно использовать растворы жидкого мыла в воде.

Упражнение 3. Исследование влияния поверхностно-активных веществ на коэффициент поверхностного натяжения на примере водного раствора поваренной соли при комнатной температуре

1. Замените резиновый шланг и стеклянную трубку на чистые.

2. Проведите измерения значений силы поверхностного натяжения, руководствуясь указаниям пп. 6-9 Упражнения 1 для всего набора предлагаемых растворов соли.

3. По результатам измерений для каждого раствора рассчитайте среднее значение силы отрыва, а затем по формуле (12) рассчитайте значения коэффициента поверхностного натяжения.

4. Постройте график зависимости  раствора от концентрации соли С. Сделайте вывод о влиянии соли на значение коэффициента поверхностного натяжения. Сравните влияние соли и этилового спирта на значение коэффициента поверхностного натяжения.

Примечание. Если нет заранее приготовленных растворов этилового спирта, то для их приготовления воспользуйтесь данными табл.2, 3.

Таблица 2

Расчет концентрации спиртового раствора

Исходное количество этилового спирта, мл	Вода, мл	Содержание этилового спирта, %
90	-	100
90	+10	90
90	+20	75
90	+20	64,3
90	+20	56,3
90	+20	50

Таблица 3.

Расчет концентрации спиртового раствора

Исходное количество дистиллированной воды, мл	Этиловый спирт, мл	Содержание этилового спирта, %
90	-	0
90	+10	10
90	+20	25
90	+20	35,7
90	+20	43,7
90	+20	50