Обробка результатів вимірювань та їх аналіз

1. Розрахувати для експериментальних точок значення .

2. На міліметровому папері з максимальною ретельністю побудувати графік залежності -І_а від (на графіку відкладають від'ємні значення анодного струму!). Верхню половину графіка залишають вільною для графічного диференціювання.

3. Провести графічне диференціювання (4) експериментальної залежності і побудувати графік . При цьому слід з найбільшою точністю визначити положення максимуму функції.

4. За допомогою експериментальної кривої І'_а і співвідношень (16) і (17) визначити a і с.

5. Користуючись одержаними результатами, обчислити з допомогою співвідношень (10) і (15) значення U і f(U).

6. На основі результатів експерименту і їх обробки побудувати графіки функції розподілу f(U).

7. На цьому ж графіку, користуючись даними табл. 1, відкласти теоретичні значення f(U).

8. Зробити аналіз одержаних результатів.

Контрольні запитання

1. Статистичний метод дослідження макроскопічних систем. Імовірність стану. Середнє значення фізичної величини.

2. Фазовий простір. Елементарна комірка фазового простору.

3. Густина станів. Густина станів у просторі імпульсів.

4. Розподіл Больцмана. Розподіли Фермі-Дірака і Бозе-Ейнштейна.

5. Розподіл Максвелла. Середня, середньоквадратична і найбільш імовірна швидкості.

Література

1. Савельев И.В. Курс физики, т.1. ­- М.: Наука, 1989.

2. Савельев И.В. Курс обшей физики, т.3. - М.: Наука, 1987.

3. Маделунг З. Математический аппарат физики. - М.: ГИФМЛ,1961.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1981.

Лабораторна робота № 7.8
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ

Мета роботи: визначити коефіцієнт поверхневого натягу досліджуваної рідини.

Прилади та матеріали: прилад Ребіндера; посудина з дистильованою водою; набір посудин з досліджуваними рідинами; термометр.

Теоретичні відомості

Метод визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин, що використовується в даній роботі, розробив академік Н. А. Ребіндер. В цьому методі використовується прилад Ребіндера (рис. 7.8.1), що складається з повітряного насоса 1, резервуара 2, ділильної лійки 3, трубки 4, похилого манометра 5, поворотних ручок 6, 9, капіляра 7.

Якщо в капілярі 7, кінець якого торкається до поверхні рідини 8, яку потрібно дослідити, тиск постійно зростає, то на кінці капіляра буде зростати повітряна бульбашка до тих пір, поки вона не буде виштовхана з капіляра. При цьому тиск, що перевищує атмосферний, в кінці капіляра зрівноважується тиском, що з'являється в бульбашці внаслідок поверхневого натягу досліджуваної рідини.

Додатковий тиск, зумовлений сферичною поверхнею бульбашки, знаходимо за формулою Лапласа:

, (1)

де a — коефіцієнт поверхневого натягу;

R — радіус сферичної поверхні бульбашки, що дорівнює радіусу капіляра.

Рис. 7.8.1.

У момент відриву бульбашки повітря тиск rgh, що вимірюється манометром, і тиск, що протидіє виштовхуванню бульбашки з капіляра, рівні між собою, тобто:

. (2)

Якщо радіус капіляра відомий, то прямим методом визначаємо коефіцієнт поверхневого натягу рідин при будь-якій температурі t°:

. (3)

Якщо радіус капіляра невідомий, то коефіцієнт поверхневого натягу можна обчислити непрямим методом. Для цього застосовують еталонну рідину, наприклад, дистильовану воду, коефіцієнт поверхневого натягу якої a₀ відомий. За допомогою похилого манометра вимірюють різницю тисків в момент відриву бульбашки від капіляра, що опушений у дистильовану воду. Тоді

. (4)

Звідки

(5)

або

, (6)

де стала приладу.

Знаючи числове значення сталої приладу для даного капіляра і даної манометричної рідини, визначимо коефіцієнт поверхневого натягу досліджуваної рідини через k, h₀ і h_x. Записавши формулу (6) для досліджуваної рідини

, (7)

одержимо кінцевий вираз для визначення коефіцієнта поверхневого натягу досліджуваної рідини:

. (8)

Хід роботи

1. За допомогою повітряного насоса 1 закачати повітря у резервуар 2 (див. рис. 7.8.1). Під дією тиску, що створює насос у резервуарі 2, рідина переходить в ділильну лійку 3, звідти витікає в резервуар 2, створюючи таким чином в ньому надлишковий тиск. Надлишок повітря з резервуара 2 по трубці 4 потрапляє в капіляр 7 і похилий манометр 5.

2. За допомогою ручки 6 підняти капіляр до кінця вгору, а ручкою 9 підвести під нього пробірку з дистильованою водою. Опустити капіляр ручкою 6 до дотику з поверхнею рідини 8. При цьому в момент виштовхування бульбашки з капіляра відбувається стрибок рівня манометричної рідини в похилому манометрі 5.

3. Після спостереження за двома-трьома стрибками рівня рідини записати максимальну різницю рівнів h_x для дистильованої води (10...12 значень).

4. Аналогічно виміряти для досліджуваних рідин максимальні різниці рівнів h_x — похилого манометра.

5. З таблиць знайти значення коефіцієнта поверхневого натягу дистильованої води при температурі проведення досліду.

6. Результати вимірювань занести в таблицю.