Deci, avem eroarea de măsurare absolută:
D s = 2,78CH 10 -18 N / m.
Acum definesc eroarea relativă [18].
72,71CH s = 10 -3 N / m.
După cum se vede din rezultatul de eroare este mic. Utilizarea unor astfel de instrumente de precizie ca un microscop de măsură ne-au condus la o precizie suficient de ridicată. [19]
§ 2. laborator de dezvoltare Metodic, „Măsurarea coeficientului de suprafață
tensiune de apă "
Scop: determinarea tensiunii superficiale a apei prin compensarea presiunii Laplace.
Hardware: un tub capilar, un burduf, un manometru, un microscop, un tampon capilar, sac de cauciuc, suporturi spuma, lichid de testare: apă, soluție salină, alcool.
Elementul principal al configurării experimentale - capilar 2, un capăt imersat în tubul de testare 1 lichidul de testare, care umezește-l. Se rotește supapă cu trei căi 3 poate permite intrarea aerului în tubul capilar comunică fie cu atmosfera sau cu burduf 4 și un manometru de apă deschisă 5. Atunci când presiunea aerului din tubul capilar este atmosferic, lichidul de testat în ea se ridică la o anumită înălțime h deasupra suprafeței unui tub de testare, formând un menisc concav . Crearea prin intermediul burduful 4 al excesului meniscului comparativ cu presiunea atmosferică măsurată de manometru 5, este posibil să se asigure că nivelurile de lichid din tubul capilar 1 și 2 devin egale. Apoi, presiunea Laplace și presiunea aerului deasupra meniscului r = r 0 gH egal, adică
unde d - diametrul capilar, H - diferența de nivel în genunchi manometrice, r 0 - densitate lichid manometru. Valoarea este constantă pentru o instalație dată, cu toate acestea, prin calcularea poate fi găsit de formula s
Moleculele lichide INTERACT atracției și respingerii forțelor care se manifestă vizibil în distanța r, numita raza de actiune moleculara (de ordinul mai multor diametre ale moleculei). O sferă de rază r este numită sfera acțiunii moleculare. Dacă molecula este în stratul de suprafață, care este îndepărtat de pe suprafață mai mică decât r, forța rezultantă de atracție de moleculele înconjurătoare dirijate în lichid. Prin urmare, pentru tranziția unei molecule din interiorul lichidului pe suprafața sa este necesară pentru a efectua lucrările, rezultând energie liberă de suprafață mărită. Energia liberă de suprafață pe unitatea de suprafață a lichidului, denumit coeficientul de tensiune superficială:
unde A - lucrare trebuie efectuată în scopul de a mări suprafața de a tensiunii superficiale S. SI s este măsurată în Jouli / m2.
În poziția de echilibru, energia liberă a sistemului este minimă, astfel încât lichidul este lăsat să se, caută să reducă suprafața sa. restricționați Mintal o porțiune strat de suprafață de buclă închisă. În ea, forțele numite forțe de tensiune de suprafață dirijate tangențial la suprafața perpendiculară pe porțiunea de circuit pe care operează. suprafață Coeficientul de tensiune s poate fi definită ca forța pe unitatea de lungime a suprafeței conturului de separare:
Unitatea de măsură în unități SI: 1 n / m = 1 J / m 2.
Coeficientul de tensiune superficială depinde de compoziția chimică a lichidului, mediul cu care se învecinează cu temperatură. Pe măsură ce temperatura scade, și s în timpul o temperatură critică dispare.
În funcție de puterea interacțiunii moleculelor lichide cu particule solide în contact cu ea, eventual umectare il nonwetting de lichid solide. In ambele cazuri, suprafața lichidului din apropierea graniței cu un corp solid este curbat. Acest tip de suprafață curbată este numită meniscului.
Pentru caracterizarea meniscul este introdus unghiul de contact j între meniscului și suprafața peretelui cu vârful în punctul de intersecție a acestora. În cazul în care j <90 0. то говорят, что жидкость смачивает стенку, если j> 90 0 - nu ud. Apariția meniscului cauzat de faptul că moleculele lichide în vecinătatea peretelui pentru a interacționa cu particulele solide.
suprafață curbată asigură o presiune suplimentară de lichid (Laplace) care acționează spre centrul curburii suprafeței. Să considerăm o rază sferică picătură r a lichidului. Suprafața sa a încercat să reducă presiunea suplimentară asupra lichidului L p. reducând în același timp suprafața picăturilor pe suprafața Ds forțelor izometrice efectuarea operației d O suprafață egală scădere a energiei libere: d A = s dS. Pe de altă parte, d L p A = dV, unde dV - variația volumului picăturii. Având în vedere (dV = 4p r 2 dr) și S = 4p r 2 (dS = 8p RDR), obținem 8p rs dr = 4p r 2 p L dr, prin urmare:
Chemat tuburi capilare, raza de curbură a meniscului fluid care este comparabil cu raza tubului. Presiunea Laplace care determină creșterea și scăderea a lichidelor de umectare de umectare. Nivelul lichidului într-un capilar este modificat printr-o cantitate h, la presiunea hidrostatică p = r gh contrabalansa presiunea Laplace. Suprafața meniscului în capilar poate fi considerat parte a unei sfere, astfel încât raza de curbură a meniscului r = r 0 / cosj. unde r 0 - raza tubului. Considerăm că ridicarea înălțimea lichidului în capilar:
Măsurarea înălțimii h, raza r a capilarelor 0 „r r, și cunoscând densitatea. Puteți determina suprafața coeficientul de tensiune s. Cu toate acestea, exact înălțimea h dimensiunea dificilă. În această lucrare, este necesar să se mărească presiunea aerului în tubul capilar, atâta timp cât nivelul de lichid din tubul capilar și vasul sunt egale. Acest lucru se va întâmpla atunci când presiunea aerului de deasupra lichidului este egală cu Laplace. Prin măsurarea acestei presiuni, este posibil în conformitate cu formula (3) pentru a calcula coeficientul de fluid s.
- Măsurarea microscop, definesc diametrul interior al tubului capilar de opt ori prin rotirea ocularul microscopului cu o scală. Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate într-un tabel.
- Se calculează constanta K și eroarea absolută.
- Ia din tubul capilar cu apa si cu un bec de cauciuc se umezește în interiorul său la aproximativ jumătate din apa din tuburi cufunda.
- Introduceți capătul de sus al capilarelor într-un tub de cauciuc, iar celălalt în tubul inferior 1.
- Rotiți supapa de 3, astfel încât capilar comunicat cu atmosfera.
- Conectați macaraua 3 cu un manometru capilar și prin burduf aliniați nivelurile de lichid in vitro si in capilare. Count diferența de nivel de lichid genunchi gauge H.
- Se repetă de măsurare de 10 ori.
r 0 = 998.23 kg / m3 (la t = 20 0 C),
Utilizate pe scară largă în liceu munca noastră de laborator frontală în fizica este acum o necesitate. Aceasta ar trebui să conducă, în conformitate cu punctele de vedere moderne metodică practică, dovedită într-o creștere semnificativă și bruscă a calității predării fizicii; ea va servi ca suport pentru o luptă serioasă, nu în cuvinte, ci în fapte la „creta“ metoda de predare fizicii, și formalismul plantelor în cunoașterea elevilor, și anume, lipsa de înțelegere profundă a esenței multor fenomene fizice. Pe partea din față clasă pentru elevii insufla abilități practice inițiale adecvate, care pot dezvolta mai târziu, în mod normal, și de a îmbunătăți.
Așa cum au fost obținute în urma experimentului realizat de tensiunea de suprafață, care sunt comparabile cu datele tabelate.
Existent metode experimentale pentru determinarea tensiunii superficiale este insuficientă pentru școală normală pentru școală cu studii avansate de fizica. Laboratorul de dezvoltare de mai sus vor ajuta pe profesori în școlile cu studiul aprofundat al subiectului. Studenții instituțiilor de învățămînt vor fi în măsură să mai în profunzime familiarizat cu fenomenul tensiunii superficiale a lichidelor.