Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Санкт-Петербургский Государственный Институт Информационных Технологий, Механики и Оптики
Отчет лабораторной работы по физике №9
“Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца”
Проверил:
Санкт-Петербург
2003
Цель работы – определение коэффициента поверхностного натяжения воды при комнатной температуре.
Как известно, между молекулами в жидкости действуют силы взаимного притяжения. Для молекул, находящихся на поверхности жидкости, равнодействующая этих сил R отлична от нуля и направлена по нормали к поверхности.
Понятие силы поверхностного натяжения иллюстрирует рис.1. В результате поверхность жидкости в некотором роде подобна натянутой пленке. В частности, она стремится иметь минимальную площадь.
Пленка жидкости (например, мыльного раствора) натянута в проволочной рамке, одна из сторон которой подвижна. Приложенная к ней сила F0 уравновешивается силами поверхностного натяжения, которые являются результатом сложения множества межмолекулярных взаимодействий. В частности, эти силы препятствуют разрыву пленки по линии АВ.
рис.1
Поскольку пленка имеет две поверхности. То здесь сила поверхностного натяжения, действующая на отрезке АВ, равна
F=F0/2.
Коэффициент поверхностного натяжения можно определить как отношение силы F к длине границы l, на которой она действует:
=F/l. (1.1)
В системе СИ измеряется в Н/м.
Одним из способов измерения коэффициента является метод отрыва кольца. Кольцо, изготовленное из материала. Хорошо смачиваемого жидкостью, приводится в соприкосновение с её поверхностью. Тогда при поднятии кольца с поверхности происходит разрыв поверхности жидкости по кромкам кольца.
Длина границы перед отрывом кольца, по которой происходит разрыв поверхности, составляет
=2(R1+R2) (1.2)
где R1 и R2 – внутренний и внешний радиусы кольца, соответственно. Измеряя силу F, необходимую для отрыва кольца, можно по формуле (1.1) найти коэффициент поверхностного натяжения .
В данной работе сила F определяется на установке типа рычажных весов. Коромысло весов поддерживается колонкой. К одному плечу коромысла подвешена система концентрических колец. На другой стороне находится чашечка для гирь. Кольца приводятся в контакт с жидкостью в ванночке. Груз служит для уравновешивания системы.
До соприкосновения колец с жидкостью весы уравновешиваются с помощью груза или гирями. Затем кольца приводятся в контакт с жидкостью. Тогда силу F, необходимую для отрыва колец, можно измерить, поместив на чашечку весов дополнительные гири.
Пусть m1 – масса гирь, уравновешивающих систему в исходном состоянии, а m2 – масса гирь, при которой происходит отрыв колец. Тогда, согласно (1.1), коэффициент определяется соотношением
=((m2-m1))g/L, (1.3)
где L – суммарнаядлина кромок системы колец.
Величину L следует определить приближенно, косвенным образом. Можно показать, что для системы N концентрических колец одинаковой толщины, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга. Сумма длин кромок равна
L=N(D1+D2), (1.4)
где D1 – внутренний диаметр наименьшего кольца, D2 – внешний диаметр наибольшего кольца. Диаметры D1 и D2 измеряются штангенциркулем.
2 Результаты измерений
Измерение mравн., mотр., mпосл.гири.
|
l |
mравн, (мг) |
mотр (мг) |
mпосл. гири (мг) |
|
1 |
2 |
39,5 |
0,0001 |
|
2 |
2 |
39,6 |
0,0002 |
|
3 |
2 |
40,1 |
0,0001 |
|
4 |
2 |
39,5 |
0,0001 |
|
mcp |
2 |
39,6 |
0,0001 |
Здесь i – номер измерения, mравн. – масса гирь, уравновешивающих систему, mотр. – масса гирь, при которых происходит отрыв колец, mпосл.гири. – масса последней гири, mср. – средняя масса.
D1 = 1,95 см , D2 = 9,9 см, N = 11, где D1 – внутренний диаметр наименьшего кольца, D2 – внешний диаметр наибольшего кольца, N – кол-во колец.
3 Расчет коэффициента поверхностного натяжения
Используя полученные значения, мы можем рассчитать сумму длин кромок, подставив их в формулу (1.4)
L = N(D1+D2)=3,14*11*(0,0195м+0,099м)=4,08м
Теперь, зная сумму длин кромок можно определить коэффициент поверхностного натяжения по формуле (1.3)
= ((m2-m1)g)/L = ((0,0396кг – 0,002кг)*9,8м/с2)/4,08м = 0,09 кг/с2
4 Расчет погрешности
Из (1.4) следует, что
L = N * = 11*3.14* 0,00038025м2 + 0,009801м2 ≈ 3,48 м
Из (1.3) имеем
/ = (L/L)2+(g/g)2+(m/m)2 1.36
откуда получаем, что
= * = 1.36* 0.09 = 0.12 м/с2
5 Результат
Рассчитав погрешность, мы получаем итоговый результат
= 0,09 м/с2 0,12м/с2