Обработка результатов измерений

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ОНД Зам. директора по учебной работе, доцент

Ю.А.Жаринов Г. И. Евдакимов

________________________2006 ____________________________2006

Методические указания к лабораторной работе

Определение поверхностного натяжения

Жидкости с помощью сталагмометра

Дисциплина «Физика»

СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ

Инженер по охране труда ассистент кафедры ОНД

_____________Г. В. Мангуткина ______________В.Г. Прачкин

___________________2006 __________________2006

Салават 2006

Методические указания предназначены для специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений», 240801 «Машины и аппараты химических производств», 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».

Рассмотрено на заседании кафедры ОНД

Протокол №__________ от_____________2006

© Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате

Определение поверхностного натяжения

Жидкости с помощью сталагмометра

Цель работы:

"Определение поверхностного натяжения жидкости с помощью сталагмометра"

Приборы и принадлежности:

Сталагмометр 4 (рис. 5), штатив 6, секундомер, стеклянный кран 2, груша 7, колба 5, стакан, вода дистиллированная, исследуемые растворы.

Сталагмометр для определения поверхностного натяжения представляет собой толстостенную трубку с расширением в середине. Ниже и выше расширения нанесены метки (3,4). Нижняя часть трубки сталагмометра согнута, в нее впаян капилляр диаметром 0,3-0,5 мм с отшлифованным концом.

Теория метода

При небольшом перепаде давления на концах тонких трубок (капилляров) жидкость из нее вытекает отдельными каплями, имеющими одинаковые размеры и, следовательно, вес. Объясняется это тем, что на каплю, образовавшуюся в конце трубки, действуют две силы (рис. 6): сила тяжести G, зависящая от размеров капли, и сила поверхностного натяжения, пропорциональная длине окружности капилляра:

F_s= la = 2pra.

Рисунок 5

Рисунок 6

Отрыв капли происходит в момент уравнивания этих сил:

G= F_s = 2pra. (8)

Силу тяжести капли можно выразить через ее объем V_к и плотность жидкости r:

G = mg = V_к rg . (9)

V_к удобно определять, пропуская через капилляр фиксированный объем V жидкости между метками сталагмометра и считая число капель n:

. (10)

Вводя (9) и (10) в выражение (8), получаем

.

Отсюда поверхностное натяжение равно

. (11)

На практике для определения поверхностного натяжения a_ж исследуемой жидкости удобно произвести счет числа капель не только этой жидкости, но и эталонной, поверхностное натяжение a₀ которой известно. Тогда, используя формулу (11) для обеих жидкостей, можно вычислить a_ж:

,

где r_ж и r₀- плотности исследуемой и эталонной жидкостей соответственно;

n_ж и n₀ – число капель, образующих при вытекании исследуемой и эталонной жидкостей между двумя метками.

В качестве эталонной жидкости используют дистиллированную воду.

Выполнение работы

1 Определить число капель воды, для этого:

а) открыть кран, закрепить на верхнем конце трубки сталагмометра грушу. В сталагмометр засосать грушей дистиллированную воду выше верхней метки;

б) закрыть кран, снять грушу;

в) приоткрывая кран, отрегулировать скорость истечения жидкости таким образом, чтобы каждая из последних пяти капель образовывалась в течении 2 с;

г) отсчитать количество n₀ образовавшихся капель при истечении жидкости от верхнего до нижнего деления. Опыт повторить трижды. Расхождение между отдельными распределениями не должно превышать одной капли. Найти среднее значение количества капель <n₀>.

2 Определить n_ж и Dn_ж. Для этого заполнить сталагмометр исследуемой жидкостью и выполнить операции, аналогичные пункту 1.

Результаты измерений занести в таблицу.

3 Определить плотность исследуемой жидкости пикнометрическим методом:

где r ₀ – плотность дистиллированной воды при температуре опыта;

М _ж – масса пикнометра вместе с исследуемой жидкостью;

М^’_ж – масса пустого пикнометра для исследуемой жидкости;

М ₀ – масса пикнометра, заполненного дистиллированной водой;

М^’₀ – масса пустого пикнометра для дистиллированной воды.

Взвешивать необходимо на аналитических весах, тогда DМ_ж незначительны и их можно не учитывать.

Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1- Результаты измерений и расчетов.

Номер измере- ния

Число капель

Масса пикнометров 10-3кг

Плотность 103кг/м

Поверхностное натяжение Н/м

n0

Dn0

nж

Dnж

Мж

М0

М’ж

М’0

r

r

a0

aж

Daж

Ср.

Обработка результатов измерений

1 Рассчитать среднее значение <a_ж> и <Da_ж> по формулам

,

где <n₀> и <n_ж> - средние значения количества капель

<Dn₀> и <Dn_ж> подсчитываются по методике, принятой в данной лаборатории.

2 Записать результат в виде a_ж = <a_ж> ± <Da_ж>. Сравнить a_ж с литературным значением.

Варианты выполнения работы.

Вариант 1. Определить поверхностное натяжение спирта.

Вариант 2. Изучить зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации раствора. Найти коэффициенты поверхностного натяжения для нескольких растворов известных концентраций сталагмометрическим методом. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

С%
a(Н/м)

Построить график зависимости поверхностного натяжения a от концентрации растворов С.

Контрольные вопросы.

1. Единица измерения и физический смысл коэффициента поверхностного натяжения.

2. При каком условии происходит отрыв капли жидкости от капилляра?

3. Как рассчитывается в данной работе объем капли.

4. Вывести расчетную формулу для определения поверхностного натяжения жидкости.

5. Какую форму занимает капля жидкости в другой, несмешивающейся с ней жидкости, если их плотности близки между собой? Ответ обосновать.

6. От каких факторов зависит поверхностное натяжение? Привести примеры использования поверхностно активных веществ.

Техника безопасности

1. Требования безопасности перед началом работ:

1.1. К работе в лаборатории допускаются студенты, прошедшие инструктаж на рабочем месте с соответствующей отметкой в журнале.

1.2. Работа в лаборатории проводится согласно общего расписания занятий. Во внеурочное время работа может выполняться только с согласия преподавателя и в присутствии лаборанта.

1.3. Запрещается включать электрооборудование и приборы без разрешения преподавателя или лаборанта.

1.4. Работа в лаборатории разрешается при наличии:

- исправного электрического оборудования и электрической проводки;

- заземления;

- средств пожаротушения (огнетушитель, кошма, песок);

- аптечки 1-ой медицинской помощи.

1.5. До начала работы студенты обязаны тщательно ознакомиться с инструкциями к лабораторным работам, устройством установок и принципом их работы.

2. Требования безопасности во время работы:

2.1. Запрещается оставлять включенные электрические установки и приборы без надзора;

2.2. Не допускается сборка, разборка и монтаж приборов, находящихся под напряжением;

2.3. Запрещается касаться неизолированных токоведущих частей.

3. Требования безопасности по окончании работы:

3.1. По окончании работы необходимо отключить питание электрических приборов, привести в порядок рабочее место;

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т.1,2,3 ­– М.: Наука, 2000. – 432с,496с,304с.

2. Яворский Б.М, Сивухин А.А. Основы физики, т.1,2 – М.: Наука, 2001 – 576c,552c.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.1,2,3– М.: Наука, 2000. 339с,368с,446.

4. Волькинштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики – М.: Наука,2001. – 328с.

5. Трофимова Т.И. Курс общей физики – М.: Наука, 2001. – 541с.

6. Трофимова Т.И. Сборник задачо курсу физики с решениями – М.: Высш. Шк., 2002. – 591с

7. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.1,2,3,4,5 –М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006. – 560с, 544с, 656с, 792с, 784с.