Определение коэффициента поверхностного натяжения методом компенсации давления Лапласа

возможность, в сторону уменьшения поверхности и, что силы поверхностного

натяжения всегда направлены перпендикулярно к любому элементу контура,

ограничивающего плёнку.

Демонстрировать описанные опыты удобно в проекции. Для этого

рекомендуется установка, схематически изображённая на рис. 13.

Далее надо показать учащимся один из простейших методов определения

коэффициента поверхностного натяжения какой-либо жидкости, например

мыльного раствора [3]. Для это может быть применён самодельный прибор,

изображённый на рис. 14, состоящий из чувствительного пружинного

динамометра и подвешенной к нему проволочной П-образной петли шириной 50

мм. динамометр снабжён прозрачной шкалой, изготовленной из органического

стекла ил целлулоида, с нанесёнными делениями от 0 до 1 Г, с ценой деления

100 мГ.

Для демонстрации опыта поступают так. Сначала устанавливают вблизи

конденсора проекционного аппарата динамометр с подвешенным к нему П-

образным каркасом и проецируют шкалу динамометра на экран. Схема для

проецирования установки показана на рис. 15, а та часть установки,

изображение которой должно быть получено на экране, выделена пунктиром на

рис. 16.

Чтобы не учитывать в дальнейшем вес петли, нужно перед проецированием

прибора отвернуть слегка винт а (рис. 16) и, переместив пружину, установить

указатель против нуля шкалы.

Затем подставляют под петлю кристаллизатор с мыльным раствором так,

чтобы верхняя сторона петли была погружена в раствор. При опускании

кристаллизатора петля затянется сплошной мыльной плёнкой. На пружину будет

действовать направленная вниз сила поверхностного натяжения, которую легко

определить по показаниям динамометра, заметным для всего класса. А зная

силу, например 350 мГ, и длину проволочной перекладины (5 см) легко найти

коэффициент поверхностного натяжения:

[pic]. (1)

Полученная таким образом величина, довольно хорошо соответствует

истинному значению коэффициента поверхностного натяжения, на что и следует

обратить внимание учащихся.

Перед проецированием динамометра полезно нарисовать схему опыта на

классной доске и показать сначала без проекции образование плёнки на П-

образной рамке.

Для изготовления чувствительного динамометра, применённого в описанном

опыте, очень важно выбрать достаточно тонкую и упругую проволоку. Наиболее

подходящей оказалась проволока от спирали малой лабораторной электроплитки.

Эту проволоку в количестве 16 витков тщательно навивают на круглый стержень

(карандаш) диаметром 8 мм, зажатый предварительно в тиски. Затем пружину

снимают со стрежня и придают ей форму и размеры.

Далее вставляют пружину через тонкую металлическую трубку в отверстие

стержня с зажимным винтом. Трубка, имеющая узкую прорезь на боковой

поверхности для указателя, должна быть заранее припаяна к стержню. За

указателем, припаянным к пружине, укреплена тонкая пластинка из

органического стекла, на которой наносятся штрихи с помощью острой иглы.

Чтобы увеличить видимость, в углубление штрихов полезно втереть графит от

обычного карандаша или чёрную тушь.

Градуировка шкалы производится с помощью разновеса: 1 Г, 500 мГ, 200

мГ, 200 мГ и 100 мГ. Таким образом, вся шкала, рассчитанная на 1 Г, имеет

10 делений с ценой каждого деления 100 мГ.

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом капель

Оборудование. 1) Линейка измерительная. 2) Весы.

3) Разновес. 4) Штатив с муфтами и лапкой. 5) Колба коническая. 6) Стакан

химический 50 см3. 7) Воронка. 8) Кран стеклянный с наконечником (рис. 17)

[4].

Установка, изображённая на рисунке, служит для определения постоянной

поверхностного натяжения жидкости методом капель. В качестве исследуемой

жидкости удобнее всего взять дистиллированную воду. Работа проводится в

такой последовательности:

1) При помощи масштабной линейки измеряют диаметр канала стеклянной

трубки, причём на глаз отсчитывают десятые доли миллиметра. В таком случае

погрешность измерения не будет превышать 0,2 мм.

2) Взвешивают химический стаканчик для собирания капель с точностью до

сотых долей грамма.

3) Закрывают кран и наливают воду. Подставляют под трубку колбу и,

приоткрывая кран, добиваются, чтобы капли падали достаточно медленно1.

Тогда можно считать, что отрывание капель происходит только под действием

веса.

После этого под трубку подставляют стаканчик2 и отсчитывают в него

несколько десятков капель.

4) Вторично производят взвешивание стаканчика и находят массу воду.

Чтобы получить постоянную поверхностного натяжения, пользуются

уравнением

[pic], (2)

где М – масса воды, n – число капель, D – диаметр канала трубки, g –

ускорение силы тяжести.

Приводим примерные результаты, полученные из опыта:

масса пустого стаканчика М1=22,62(0,01 г,

масса стаканчика с водой М2=30,97(0,01 г,

масса воды М=8,35(0,02 г,

количество капель n=100,

диаметр отверстия трубки D=0,35(0,02 см.

Тогда

[pic](74 дн/см. (3)

Количество капель как результат счёта есть точное число. Если взять

(=3,14 и g=981 см/сек2, то относительные погрешности этих величин так же,

как и для массы капли, будут слишком малы по сравнению с относительной

погрешностью измерения диаметра канала трубки, чтобы заметным образом

повлиять на величину относительной погрешности результата. Поэтому можно

принять

[pic]; (4)

следовательно,

[pic], или приблизительно 6%.

Таким образом,

((=74(0,06(4,4 дн/см и

(=74(4 дн/см.

Определение поверхностного натяжения при помощи рычага

Для производства работы по этому способу нам понадобится:

1) рычаг, весьма лёгкий и подвижный; 2) гирька в 1 г или заменяющий её

грузик, сделанный из жести или проволоки такого же веса; 3) скобочка; 4)

стакан; 5) штатив для подвеса рычага [5].

Скобочку мы делаем из звонковой проволоки так, чтобы воздушное

расстояние между точками А и F или, что то же самое, между точка В и Е было

равно 5 см, а величины АВ и ЕF были около 55 мм. к петле D мы привяжем

нитяную петлю, которую будем надевать на рычаг (рис. 18, а).

Работу производим следующим образом. Уравновешиваем на рычаге скобочку

и гирьку в 1г, привязанную тоже на нити, и отмечаем в тетради

соответствующие плечи с и а (рис. 18, б). Затем погружаем скобочку в стакан

с водой, причём подвешиваем рычаг так, чтобы в равновесии он вытягивал

скобочку на высоту 3-4 мм из воды и образовал бы водяную плёнку. В этом

случае при том же самом плече с для равновесия рычага понадобится большая

сила, т.е. придётся переместить гирьку в 1 г далее на новое плечо b (рис.

18, б).

Допустим, что все скобочки равен Р и поверхностное натяжение жидкости

(. Будем помнить, что за линию ВСЕ будут тянуть вниз две жидкие плёнки,

следовательно, их сила будет равна 2(5(=10(. Таким образом, мы можем

написать два равенства моментов, полагая 1 г=1000 мг.

Равновесие на воздухе Рc=1000а (5)

с плёнкой (Р+10()=1000b. (6)

Вычитая (2) из (1), мы получим:

10(с=(b-a)1000,

откуда

[pic] (в мг/см). (7)

Следует заметить, что употребление кольца вместо скобочки не улучшит,

ухудшит точность вычислений, так как при вытягивании кольца из жидкости

образуется не цилиндр, что было бы удобно для расчёта, а некоторая

конусообразная поверхность. Последнее происходит по той причине, что

поверхность плёнки имеет стремление сократиться. Скобка, побывавшая в одной

жидкости, должна быть хорошо отмыта для употребления в другой, иначе она,

растворив своё содержимое, исказит значение ( у другой жидкости.

Несомненно, что вычисление можно проделать и с другими плечами a, b и

с.

Определение поверхностного натяжения при помощи динамометра

Данную работу можно провести с динамометром типа весов Жоли или

подобным им по чувствительности.

Такой динамометр можно изготовить самим.

На доске размерами 5 см ( 10 см укрепляем пружинку из жёсткой проволоки

диаметром 0,4 мм, с числом витков около 10. К петле свободного усика

пружинки привязываем нить с лёгким крюком. Около того места, где находится

конец усика, врезаем узенькую зеркальную полоску 1 см ширины. Такой

динамометр даёт величину шкалы около 1200 или 1300 мГ с достаточно

одинаковыми делениями по 50 Мг.

Работа проводится по тому же методу, что и с весами Жоли.

Наш динамометр мы зажимаем в лапку штатива, вешаем на него скобочку и

отмечаем её вес Р1. Затем подносим стакан с жидкостью так, чтобы скобочка

погрузилась, и начинаем отпускать его до момента образования плёнки.

Отмечая новую тягу Р2, мы найдём для поверхностного натяжения ( значение:

[pic]. (8)

§3. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом компенсации

давления Лапласа

Молекулы жидкости взаимодействуют между собой силами притяжения и

отталкивания, которые проявляются заметно в пределах расстояния r,

называемого радиусом молекулярного действия (порядка нескольких диаметров

молекулы). Сфера радиуса r называется сферой молекулярного действия. Если

молекула находится в поверхностном слое, то есть удалена от поверхности

менее чем на r, то равнодействующая сил притяжения со стороны окружающих

молекул направлена внутрь жидкости (рис. 19). Поэтому для перехода молекулы

из внутренней части жидкости на её поверхность требуется совершить работу,

в результате свободная энергия поверхности возрастает. Свободную

поверхностную энергию, приходящуюся на единицу поверхности жидкости,

называют коэффициентом поверхностного натяжения:

[pic], (1)

где А – работа, которую нужно совершить, чтобы площадь поверхности

увеличить на S. В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения (

измеряется в Дж/м2.

В положении равновесия свободная энергия системы минимальна, поэтому

жидкость, предоставленная самой себе, стремится сократить свою поверхность.

Мысленно ограничим какой-либо участок поверхностного слоя замкнутым

контуром. В нём действуют силы, называемые силами поверхностного натяжения,

направленные по касательной к поверхности перпендикулярно к участку

контура, на который они действуют. Коэффициент поверхностного натяжения (

можно определить и как силу, приходящуюся на единицу длины контура,

ограничивающего поверхность:

[pic]. (2)

Единица его измерения в системе СИ: 1Н/м=1 Дж/м2.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава

жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. С ростом температуры

( уменьшается и при критической температуре обращается в нуль.

В зависимости от силы взаимодействия молекул жидкости с частицами

твёрдого тела, соприкасающегося с ней, возможно смачивание ил несмачивание

жидкостью твёрдого тела. В обоих случаях поверхность жидкости вблизи

границы с твёрдым телом искривляется. Такого рода кривую поверхность

называют мениском.

Для характеристики мениска вводят краевой угол ( (рис 20) между

поверхностью стенки и мениском с вершиной в точке их пересечения. Если

((900, то говорят, что жидкость смачивает стенку, если ((900 – не

смачивает. Появление мениска вызвано тем, что молекулы жидкости,

находящиеся вблизи стенки, взаимодействуют с частицами твёрдого тела.

Искривлённая поверхность оказывают на жидкость дополнительное

(лапласово) давление, действующее в направлении на центр кривизны

поверхности. Рассмотрим сферическую каплю жидкости радиуса r. Её

поверхность, стремясь сократиться оказывает на жидкость добавочное давление

рл. при уменьшении площади поверхности капли на dS поверхностные силы

совершают изометрическую работу (А, равную убыли свободной энергии

поверхности: (А=(dS. С другой стороны, (А=рлdV, где dV – изменение объёма

капли. Учитывая [pic] (dV=4(r2dr) и S=4(r2 (dS=8(rdr), получаем

8(r(dr=4(r2pлdr, следовательно:

[pic]. (3)

Капиллярами называют трубки, радиус кривизны мениска жидкости в которых

сравним с радиусом трубки. В них лапласово давление вызывает поднятие

смачивающих и опускание несмачивающих жидкостей. Уровень жидкости в

капилляре изменяется на такую величину h, чтобы гидростатическое давление

p=(gh уравновесило лапласово давление [pic]. Поверхность мениска в

капилляре можно считать частью сферы (рис. 21), поэтому радиус кривизны

мениска r=r0/cos(, где r0 – радиус трубки. Получим, что высота поднятия

жидкости в капилляре:

[pic]. (4)

Измерив высоту h, радиуса капилляра r0(r и зная плотность (, можно

определить коэффициент поверхностного натяжения (. Однако точное измерение

высоты h затруднено. В данной работе необходимо увеличить давление воздуха

в капилляре до тех пор, пока уровни жидкости в капилляре и в сосуде не

сравняются. Это произойдёт, когда давление воздуха над жидкостью сравняется

с лапласовым. Измерив это давление, можно по формуле (3) вычислить

коэффициент ( жидкости.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Оборудование: капилляр, пробирка, сильфон, манометр, микроскоп, панель

с капилляром, резиновая груша, поролоновые подставки, исследуемые жидкости:

вода, раствор поваренной соли, спирт.

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 22. Основной её

элемент – капилляр 2, опущенный одним концом в пробирку 1 с исследуемой

жидкостью, которая его смачивает. Поворачивая трёхходовой кран 3, можно

позволить воздуху в капилляре сообщаться либо с атмосферой, либо с

сильфоном 4 и открытым водяным манометром 5. Когда давление воздуха в

капилляре равно атмосферному, исследуемая жидкость в нём поднимается на

некоторую высоту h над поверхностью в пробирке, образуя вогнутый мениск.

Создавая при помощи сильфона 4 над мениском избыточное по сравнению с

атмосферным давление, измеряемое манометром 5, можно добиться того, что

уровни жидкости в капилляре 2 и пробирке 1 сравняются. Тогда лапласово

давление [pic] и давление воздуха над мениском р=(0gH равны, то есть

[pic], (5)

где d – диаметр капилляра, H – разность уровней в коленах манометра, (0 –

плотность манометрической жидкости. Величина [pic] является постоянной для

данной установки, поэтому, вычислив её, можно найти ( по формуле

(=K(H. (6)

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Измерительным микроскопом определите внутренний диаметр капилляра восемь

раз, поворачивая окуляр микроскопа со шкалой.

2. Вычислите постоянную К и её абсолютную погрешность.

3. Возьмите из пробирки с водой капилляр и при помощи резиновой груши

смочите его изнутри примерно до половины, втянув воду из пробирки.

4. Вставьте верхний конец капилляра в резиновую трубку, а другой опустите в

пробирку 1, как показано на рис. 9.4.

5. Поверните кран 3 так, чтобы капилляр сообщался с атмосферой.

6. Соедините краном 3 капилляр с манометром и с помощью сильфона выровняйте

уровни жидкости в пробирке и в капилляре. Отсчитайте разность уровней

жидкости в коленах манометра H.

7. Повторите измерения 10 раз.

8. Вычислите по формуле (6) коэффициент (, найдите его абсолютную и

относительную погрешности.

9. Повторите действия, описанные в пунктах 3-8, для спирта и раствора

поваренной соли. Сравните найденные значения коэффициентов поверхностного

натяжения с табличными.

10. Напишите заключение.

Глава II. Обработка экспериментальных данных

§1. Экспериментальные результаты

После проведения эксперимента получил следующие результаты.

Для начала необходимо было измерить диаметр капилляра, который

использовался в эксперименте. Для этого использовали измерительный

микроскоп. Измерения производились 8 раз, что обеспечивает точность [17].

|№ опыта|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |среднее |

|d, мм |1 |1,1 |1,1 |1 |1 |1,1 |1,1 |1,1 |1,1 |

В результате получилось, что диаметр капилляра равен:

d=1,1(10-3 м.

Плотность манометрической жидкости мы взяли из табличных данных для

воды при температуре 20 0С. Она оказалась равной:

(0=998,23 кг/м3.

Ускорение свободного падения: g=9,81 м/с2.

Таким образом, мы получили необходимые данные для расчёта коэффициента

К для данного прибора. Он оказался равным:

[pic], (1)

[pic] Н/м2.

Теперь определим абсолютную погрешность измерений диаметра капилляра.

Причём, этот результат необходимо найти в виде среднего значения, так как

были произведены многократные измерения.

|№ |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |среднее |

|d, мм |1 |1,1 |1,1 |1 |1 |1,1 |1,1 |1,1 |1,1 |

|(d, мм |0,1 |0 |0 |0,1 |0,1 |0 |0 |0 |0,0429 |

Отсюда мы видим, что абсолютная погрешность измерений диаметра

капилляра равна:

(d=4,29(10-5 м.

Далее проводим сам эксперимент. Измерения производим 10 раз.

|№ |H, м |(, Н/м |((, Н/м |

|опыта | | | |

|1 |0,027 |0,07271 |0 |

|2 |0,029 |0,078096 |0,00539 |

|3 |0,025 |0,067324 |0,005386 |

|4 |0,027 |0,07271 |0 |

|5 |0,028 |0,075403 |0,00269 |

|6 |0,027 |0,07271 |0 |

|7 |0,027 |0,07271 |0 |

|8 |0,026 |0,070017 |0,002693 |

|9 |0,027 |0,07271 |0 |

|10 |0,027 |0,07271 |0 |

| |среднее |0,07271 |1,616(10-4 |

Таким образом мы получили абсолютную погрешность измерений:

((=2,78(10-18 Н/м.

Теперь определим относительную погрешность [18].

[pic], [pic] (2)

(=72,71(10-3 Н/м.

Как видно из результата погрешность мала. Использование таких точных

приборов как измерительный микроскоп привели нас к достаточно большой

точности [19].

§2. Методическая разработка лабораторной работы «Измерение коэффициента

поверхностного

натяжения воды»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Цель: определение коэффициента поверхностного натяжения воды методом

компенсации давления Лапласа.

Оборудование: капилляр, пробирка, сильфон, манометр, микроскоп, панель

с капилляром, резиновая груша, поролоновые подставки, исследуемые жидкости:

вода, раствор поваренной соли, спирт.

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 23. Основной её

элемент – капилляр 2, опущенный одним концом в пробирку 1 с исследуемой

жидкостью, которая его смачивает. Поворачивая трёхходовой кран 3, можно

позволить воздуху в капилляре сообщаться либо с атмосферой, либо с

сильфоном 4 и открытым водяным манометром 5. Когда давление воздуха в

капилляре равно атмосферному, исследуемая жидкость в нём поднимается на

некоторую высоту h над поверхностью в пробирке, образуя вогнутый мениск.

Создавая при помощи сильфона 4 над мениском избыточное по сравнению с

атмосферным давление, измеряемое манометром 5, можно добиться того, что

уровни жидкости в капилляре 2 и пробирке 1 сравняются. Тогда лапласово

давление [pic] и давление воздуха над мениском р=(0gH равны, то есть

[pic], (1)

где d – диаметр капилляра, H – разность уровней в коленах манометра, (0 –

плотность манометрической жидкости. Величина [pic] является постоянной для

данной установки, поэтому, вычислив её, можно найти ( по формуле

(=K(H. (2)

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Молекулы жидкости взаимодействуют между собой силами притяжения и

отталкивания, которые проявляются заметно в пределах расстояния r,

называемого радиусом молекулярного действия (порядка нескольких диаметров

молекулы). Сфера радиуса r называется сферой молекулярного действия. Если

молекула находится в поверхностном слое, то есть удалена от поверхности

менее чем на r, то равнодействующая сил притяжения со стороны окружающих

молекул направлена внутрь жидкости (рис. 24). Поэтому для перехода молекулы

из внутренней части жидкости на её поверхность требуется совершить работу,

в результате свободная энергия поверхности возрастает. Свободную

поверхностную энергию, приходящуюся на единицу поверхности жидкости,

называют коэффициентом поверхностного натяжения:

[pic], (3)

где А – работа, которую нужно совершить, чтобы площадь поверхности

увеличить на S. В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения (

измеряется в Дж/м2.

В положении равновесия свободная энергия системы минимальна, поэтому

жидкость, предоставленная самой себе, стремится сократить свою поверхность.

Мысленно ограничим какой-либо участок поверхностного слоя замкнутым

контуром. В нём действуют силы, называемые силами поверхностного натяжения,

направленные по касательной к поверхности перпендикулярно к участку

контура, на который они действуют. Коэффициент поверхностного натяжения (

можно определить и как силу, приходящуюся на единицу длины контура,

ограничивающего поверхность:

[pic]. (4)

Единица его измерения в системе СИ: 1Н/м=1 Дж/м2.

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава

жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. С ростом температуры

( уменьшается и при критической температуре обращается в нуль.

В зависимости от силы взаимодействия молекул жидкости с частицами

твёрдого тела, соприкасающегося с ней, возможно смачивание ил несмачивание

жидкостью твёрдого тела. В обоих случаях поверхность жидкости вблизи

границы с твёрдым телом искривляется. Такого рода кривую поверхность

называют мениском.

Для характеристики мениска вводят краевой угол ( (рис. 25) между

поверхностью стенки и мениском с вершиной в точке их пересечения. Если

((900, то говорят, что жидкость смачивает

стенку, если ((900 – не смачивает. Появление мениска вызвано тем, что

молекулы жидкости, находящиеся вблизи стенки, взаимодействуют с частицами

твёрдого тела.

Искривлённая поверхность оказывают на жидкость дополнительное

(лапласово) давление, действующее в направлении на центр кривизны

поверхности. Рассмотрим сферическую каплю жидкости радиуса r. Её

поверхность, стремясь сократиться оказывает на жидкость добавочное давление

рл. при уменьшении площади поверхности капли на dS поверхностные силы

совершают изометрическую работу (А, равную убыли свободной энергии

поверхности: (А=(dS. С другой стороны, (А=рлdV, где dV – изменение объёма

капли. Учитывая [pic] (dV=4(r2dr) и S=4(r2 (dS=8(rdr), получаем

8(r(dr=4(r2pлdr, следовательно:

[pic]. (5)

Капиллярами называют трубки, радиус кривизны мениска жидкости в которых

сравним с радиусом трубки. В них лапласово давление вызывает поднятие

смачивающих и опускание несмачивающих жидкостей. Уровень жидкости в

капилляре изменяется на такую величину h, чтобы гидростатическое давление

p=(gh уравновесило лапласово давление [pic]. Поверхность мениска в

капилляре можно считать частью сферы (рис. 26), поэтому радиус кривизны

мениска r=r0/cos(, где r0 – радиус трубки. Получим, что высота поднятия

жидкости в капилляре:

[pic]. (6)

Измерив высоту h, радиуса капилляра r0(r и зная плотность (, можно

определить коэффициент поверхностного натяжения (. Однако точное измерение

высоты h затруднено. В данной работе необходимо увеличить давление воздуха

в капилляре до тех пор, пока уровни жидкости в капилляре и в сосуде не

сравняются. Это произойдёт, когда давление воздуха над жидкостью сравняется

с лапласовым. Измерив это давление, можно по формуле (3) вычислить

коэффициент ( жидкости.

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Измерительным микроскопом определите внутренний диаметр капилляра восемь

раз, поворачивая окуляр микроскопа со шкалой. Результаты измерений

занесите в таблицу.

2. Вычислите постоянную К и её абсолютную погрешность.

3. Возьмите из пробирки с водой капилляр и при помощи резиновой груши

смочите его изнутри примерно до половины, втянув воду из пробирки.

4. Вставьте верхний конец капилляра в резиновую трубку, а другой опустите в

пробирку 1, как показано на рис. 9.1.

5. Поверните кран 3 так, чтобы капилляр сообщался с атмосферой.

6. Соедините краном 3 капилляр с манометром и с помощью сильфона выровняйте

уровни жидкости в пробирке и в капилляре. Отсчитайте разность уровней

жидкости в коленах манометра H.

7. Повторите измерения 10 раз.

|№ |H, м |(, Н/м |((, Н/м |

|опыта | | | |

|1 | | | |

|2 | | | |

|3 | | | |

|4 | | | |

|5 | | | |

|6 | | | |

|7 | | | |

|8 | | | |

|9 | | | |

|10 | | | |

| |среднее | | |

8. Вычислите по формуле (6) коэффициент (, найдите его абсолютную и

относительную погрешности

9. Сравните найденное значение коэффициента поверхностного натяжения с

табличными.

10. Напишите заключение.

(0=998,23 кг/м3 (при t=20 0C),

g=9,81 м/с2.

Заключение

Широкое применение в нашей средней школе фронтальных лабораторных работ

по физике в настоящее время является необходимостью. Оно должно привести,

согласно современным методическим взглядам, проверенным практикой, к

значительному и резкому повышению качества обучения физике; оно будет

служить серьёзной опорой для борьбы не на словах, а на деле с «меловым»

методом преподавания физики, насаждающим формализм в знаниях учащихся, т.е.

отсутствия глубокого понимания самой сущности многих физических явлений. На

фронтальных занятиях учащимся прививают правильные начальные практические

навыки, которые в дальнейшем могут нормально развиваться и

совершенствоваться.

В результате проведённого эксперимента были получены результаты

коэффициента поверхностного натяжения, которые сравнимы с табличными

данными.

Существующие экспериментальные методы определения коэффициента

поверхностного натяжения для обычных школ недостаточны для школ с

углублённым изучением физики. Вышеприведенная разработка лабораторной

работы поможет учителям в школах с углублённых изучением предмета. Учащиеся

таких образовательных учреждений смогут более углублённо ознакомиться с

явлением поверхностного натяжения жидкостей.

Литература

1. Ковалёв П.Г. Молекулярная физика, электродинамика. – Ростов:

Университетское, 1975.

2. Ахматов А.С. Молекулярная физика. – М., 1963.

3. Покровский А.А., Зворыкин Б.С. и др. Демонстрационные опыты по

молекулярной физике и теплоте. – М., 1960.

4. Покровский А.А., Зворыкин Б.С. Фронтальные лабораторные занятия по

физике в средней школе. – М., 1956.

5. Бакушинский В.Н. Организация лабораторных работ по физике в средней

школе. – М., 1946.

6. Лабораторный практикум по физике / Под ред. Ахматова А.С. – М.: Высшая

школа, 1980.

7. Агапов Б.Т., Максютин Г.В., Островерхов П.И. Лабораторный практикум по

физике. – М.: Высшая школа, 1982.

8. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике.

– М.: Высшая школа, 1970.

9. Лабораторные занятия по физике / Под ред. Гольдина Л.Л. – М.: Наука,

1983.

10. Беклемишев А.В. Методика и организация лабораторных занятий по физике в

высшей школе. – М.: Советская наука, 1952.

11. Фетисов В.А. Лабораторные работы по физике. – М., 1961.

12. Павлов В.И. Механика, молекулярная физика. М., 1955.

13. Подгорнова И.И. Молекулярная физика в средней школе. М.: Просвещение,

1970.

14. Яковлев В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика. – М.:

Просвещение, 1976.

15. Стрючков И.А., Краев П.И. Руководство к лабораторным работам по

молекулярной физике. – Ашхабад, 1981.

16. Павленко Ю.Г. Молекулярная физика. – М., 1992.

17. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. – Л.: Наука, 1974.

18. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление

результатов эксперимента. – М., 1977.

19. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. –

Л., 1985.

-----------------------

[1] Тонкие поверхностные слои конденсированной фазы, толщина которых не

превышает радиуса молекулярного действия, имеют, как известно иную

структуру и иные физические свойства, чем вещество внутри фазы.

[2] Плёнка легко разрывается при прикосновении к её поверхности нагретым

концом проволоки.

1 Около 30-40 капель в минуту.

2 Стаканчик необходимо поставить на горлышко колбы.

-----------------------

[pic]

l

F

F

(

1 ед. дл.

А

В

Рис. 1

а

б

в

R

1

2

3

Рис. 2

[pic]

Рис. 4. К расчёту равнодействующей молекулярных сил.

[pic]

Газообразная фаза

Жидкая фаза

Рис. 3. Прохождение молекулы через поверхность раздела фаз

[pic]

(

2(

[pic]

[pic]

40

20

Рис. 5. Зависимость объёма шарового сегмента от его высоты

fмакс

(

2(

z

Рис. 6. Изменение силы, действующей со стороны жидкости на молекулу при её

прохождении через фазовую поверхность

1

2

Рис. 7. Поплавок из ареометра: 1 – резиновые колечки,

2 – медная сетка.

Рис. 8. Установка для демонстрации поверхностного натя-жения воды с помощью

ареометра.

Рис. 9. Сетка задер-живает поп-лавок у поверхности воды

Рис. 10. Поплавок из склянки и пробки

Рис. 11. Образование мыльной плёнки на двух проволоках и нитях

[pic]

а

б

[pic]

Рис.12. Образование мыльной плёнки на проволочном кольце с нитяной

петелькой.

а

б

в

2

4

3

1

5

Рис. 13. Схема установки для проецирования мыльных плёнок: 1 –плёнка, 2 –

осветитель с конденсором, 3 – объектив, 4 – экран, картонная ширма.

Рис. 14. Установка для демонстрации величины поверхностного натяжения:

1 – пружинный динамометр, 2 – проволочная петля, 3 – прозрачная шкала

динамометра.

1

2

3

2

4

3

1

5

Рис. 15. Схема установки для проецирования опыта с динамометром: 1 –

динамометр, 2 – осветитель с конденсором, объектив, 4 – экран, 5 –

картонная ширма.

Рис. 16. Детали установки с чувствительным динамометром.

а

Рис. 17. Оборудование к лабораторной работе

A

B

D

E

F

C

Рис. 18.

с

a

с

b

1 г

1 г

а)

б)

Рис. 19.

(

(

0

(

(

r0

r

Рис. 20.

Смачивание

Несмачивание

Рис. 21.

[pic]

h

3

1

2

4

5

H

Рис. 22.

[pic]

h

3

1

2

4

5

H

Рис. 23.

Рис. 24.

(

(

0

(

(

r0

r

Рис. 25.

Смачивание

Несмачивание

Рис. 26.

Страницы: 1, 2