Лабораторная работа № 5
Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»
Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.
Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.
Выполнение работы.
- Начертили таблицу:
|
№ опыта |
Масса капель m, кг |
Число капель n |
Диаметр канала шприца d, м |
Поверхност-ное натяжение σ, Н/м |
Среднее значение поверхностного натяжения σср, Н/м |
Табличное значение σтаб, Н/м |
Относительная погрешность δ % |
|
1 |
1*10-3 |
21 |
2,5*10-3 |
0,066 |
0,069 |
0,072 |
4,167 |
|
2 |
2*10-3 |
40 |
2,5*10-3 |
0,069 |
|||
|
3 |
3*10-3 |
59 |
2,5*10-3 |
0,071 |
Вычисляем поверхностное натяжение по формуле 
Находим среднее значение поверхностного натяжения по формуле: 
Определяем относительную погрешность методом оценки результатов измерений.
Вывод: я измерил поверхностное натяжение жидкости (воды), оно получилось равным 0,069 Н/м, что с учетом погрешности 4,167% совпадает с табличным значением.
Ответы на контрольные вопросы.
1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Поверхностное натяжение зависит от силы притяжения между молекулами. У молекул разных жидкостей силы взаимодействия разные, поэтому поверхностное натяжение разное. Также поверхностное натяжение зависит от наличия примесей в жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее.
2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
Если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами - уменьшаются. т.е силы поверхностного натяжения зависят от температуры. Чем температура жидкости выше, тем слабее силы поверхностного натяжения.
3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
Изменится незначительно, т.к. в формулу входит величина g - ускорения свободного падения. А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов. Оно варьирует ся от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах.
4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?
Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула 
.
По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же.
5. Почему следует добиваться медленного падения капель?
При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно. Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, направленные вверх и удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли сила тяжести равна результирующей силе поверхностного натяжения F = πdσ.
Необходимо, чтобы капли отрывались от трубки самостоятельно, под действием силы тяжести. Если падение капель будет быстрым при дополнительном нажатии на поршень шприца, то в момент отрыва капли сила тяжести не будет равна силе поверхностного натяжения и данный метод даст большую погрешность измерения.