№ 37 (1107971)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 37ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИКОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГОНАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА ОТ ЕГОКОНЦЕНТРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРАРЕБИНДЕРА(ПО МЕТОДУ МАКСИМАЛЬНОГОДАВЛЕНИЯ В ПУЗЫРЬКЕ)Описание составил доцент Гуло Д.Д.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц.

Авксентьев Ю.И.3ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТАПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА ОТ ЕГОКОНЦЕНТРАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА РЕБИНДЕРА(ПО МЕТОДУ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ВПУЗЫРЬКЕ)Цель работы — определение коэффициента поверхностногонатяжения раствора при различных концентрациях.ВВЕДЕНИЕСуществуют два эквивалентных определения коэффициентаповерхностного натяжения жидкости  :1) как величины, числено равной коэффициенту пропорциональности всоотношении между поверхностной энергией W и площадью поверхности S:W=S(1)(другими словами, как поверхностной энергии, отнесенной к единицеплощади);2) как величины, числено равной коэффициенту пропорциональности всоотношении между силой поверхностного натяжения F, действующей нанекотором отрезке любой линии на поверхности жидкости, и длиной отрезкаl:F=l(2)(другими словами, как силы поверхностного натяжения, отнесенной кединице длины. Эта сила касательна к поверхности и направленаперпендикулярно к рассматриваемому элементу линии).Для экспериментального определения коэффициента поверхностногонатяжения применяются различные методы.

Метод, используемый внастоящей задаче, основан на явлении дополнительного давления подизогнутой поверхностью жидкости, обусловленного силами поверхностногонатяжения.Опыт и наблюдения показывают, что поверхностный слой жидкости посвоим свойствам во многом напоминает растянутую эластичную пленку.

Втом и другом случае действуют поверхностные силы: в одном случае —силы поверхностного натяжения, в другом — силы упругости. Те и другиесилы представляют собой силы сцепления, действующие со стороны однойчасти слоя (пленки) на другую, и обусловлены взаимным притяжением4молекул, находящихся по разные стороны линии, разделяющей обе части(рис. 1).Всякаяизогнутая(выпуклаяиливогнутая)растянутая упругая пленка,ограниченнаяплоскимконтуром,стремитсявыпрямиться, стать плоской.Такжеведетсебяиповерхностныйслойжидкости.

Будучи по какимлибо причинам изогнутым, онРис.1оказываетнажидкостьбольшеедавление,чемдавление, которое испытывает жидкость с плоской поверхностью. Впоследнем случае силы поверхностного натяжения направлены вдольРис. 2поверхности и не создают дополнительного давления — давление подповерхностью равно внешнему давлению Р . Если поверхность жидкостиискривлена, давление под поверхностью будет отличаться от внешнегодавления: давления по разные стороны поверхности оказываютсяразличными. В случае выпуклой поверхности (рис.2,а) дополнительноедавление прибавляется к давлению, которое испытывает жидкость под5плоской поверхностью, т.е. является положительным - P  P0  P . В случаевогнутой поверхности (рис.

2,б) давление, испытываемое жидкостью, будетменьше, чем под плоской поверхностью, т.е. дополнительное давлениеявляется отрицательным - P  P0  P .Величина дополнительного давления Р зависит от степениискривленности поверхности. В случае, когда поверхность жидкостиявляется сферической (т.е. представляет собойчасть сферы радиуса r)P =2.r(3)Формула (3) определяет избыточноедавление в каплях сферической формы и впузырьках газа, находящихся внутрижидкости. В обоих случаях избыточноедавление направлено к центру кривизнысферы (рис.3).

Величина давления, какследует из формулы (3), тем больше, чемменьше радиус сферы. Эту зависимостьРис. 3хорошо иллюстрирует опыт, схематическиизображенный на рис.4. На концахстеклянной трубки выдуваются два мыльных пузыря А и B разных размеров.Краны С и Д позволяют выдувать оба пузыря отдельно и затем сообщать ихдруг с другом (при закрытом кране Д). При сообщении пузырей воздух вменьшем пузыре окажется подбольшим давлением и начнет по трубкеперетекать в больший пузырь.

Врезультате малый пузырь будетстановится все меньше, покаполностью не стянется, большой жепузырь будет увеличиваться, “съедая”маленький.Рис.4Метод максимального давления впузырьке, используемый в задаче, основан на измерении максимальногодавления при образовании воздушного пузырька, выдавливаемого изкапиллярного кончика в жидкость. На рис. 5 показан простейший вариантприбора, позволяющего реализовать идею метода.

Нажимая на резиновуюгрушу, мы создаем внутри трубки, кончик которой соприкасается споверхностью жидкости, повышенное давление по сравнению сатмосферным, под которым находится жидкость в сосуде. В результате6воздушный столбик прогибает поверхность жидкости, что, в свою очередь,вызывает появление добавочного давления, уравновешивающего (примедленном процессе) избыток давления в трубке.Разность давлений измеряется жидкостнымманометром. Как видно из рис.6, по мереувеличения разности давлений возникающийна кончике трубки воздушный пузырекувеличивается, но его радиус вначале уменьшается(рис.6,а). Это уменьшение прекращается, кактолько радиус пузырька r становится равнымрадиусу отверстия кончика r0.

В этот моментпузырек имеет форму полусферы радиусом r0(рис.6,в). В дальнейшем радиус пузырькаувеличивается (рис.6,г). Таким образом, радиуспузырька не может быть меньше радиуса отверстияРис. 5трубки r0. Следовательно, максимально возможноедавление в пузырьке, обязанное силам поверхностного натяжения,определяется величинойPпнmax =2.r0(4)Отсюда максимальное избыточное давление в трубке, котороекомпенсируется поверхностным натяжением и измеряется разностью высотуровней жидкости в манометре, также будет равноа)б)в)г)Рис. 672Pmax =.r0(5)Это обстоятельство объясняет название метода измерений — методмаксимального давления в пузырьке. Определение коэффициентаповерхностного натяжения производится с помощью формулы (5).ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬПринадлежности: прибор Ребиндера, U-образный манометр,исследуемые жидкости, стаканы.Идея метода, описанного выше, реализована в несколько другой формев приборе Ребиндера, используемом в настоящей задаче (рис.7).

Исследуемаяжидкость помещается в стеклянном сосуде В. Стеклянная трубка, оттянутыйкончик которой соприкасается с жидкостью, выведена через пробку наружуи сообщается с атмосферой. Трубка своим верхним концом может бытьвпаяна в верхнюю часть сосуда, в этом случае пробка не нужна. В отличие отрассмотренного выше примера, перепад давлений, необходимый дляобразования пузырьков воздуха, создается не повышением давления втрубке, а разрежением воздуха в сосуде В, т.е.

понижением давления воздуханад жидкостью. Разрежение создается с помощью аспиратора А,наполненного водой сосуда, из которого при открытом кране Е по каплямвытекает вода. При этом уровень жидкости в аспираторе понижается, объемвоздуха в системе “аспиратор - сосуд В - соединительные трубки”увеличивается, а давление падает, как этого требует закон Бойля-Мариотта.При определенной степени разрежения пузырьки воздуха, возникающие накончике трубки, начинают проходить через жидкость.

Разность давленийатмосферного воздуха и воздуха в сосуде В измеряется разностью высотуровней жидкости в коленах манометра М.Аспиратор сверху закрыт пробкой, открывая которую можно сообщатьсистему с атмосферой. Сосуд В может быть сверху закрыт колпачком.Для определения коэффициента поверхностного натяжения с помощьюформулы (5) необходимо знать радиус отверстия кончика r0. Прямоеизмерение этой величины представляется затруднительным прежде всегопотому, что трубка обычно бывает не вполне круглой.

Поэтомупредпочтительно рассматривать r0 как величину, определяемую изпредварительного опыта с “эталонной” жидкостью (например, сдистиллированной водой), коэффициент поверхностного натяжениякоторой 0 хорошо известен.8Введя обозначение k = r0 / 2 , формулу (5) можно переписать в виде = k Pmax.(6)Для “эталонной” жидкости, коэффициент поверхностного натяжениякоторой известен и равен 0, а разность давлений в момент отрывавоздушного пузырька, определяемая из опыта, равна Рmax, соотношение(6) запишется в виде0 = k P0max.(7)Отсюда величина k, которую называют постоянной прибора, поскольку оназависит от размеров “кончика”, определится следующим образом:k=0.P0max(8)Определив постоянную прибора k , можно приступить к определениюкоэффициента поверхностного натяжения любой жидкости в соответствии сформулойРис.790Pmax .P0max(9)Поскольку разность давлений атмосферного воздуха и воздуха в сосуде Впропорциональна разности высот уровней жидкости в коленах манометра Н,можно формулы (8) и (9) записать в видеk0,(10)H.(11)H00H0Подготовка установки к измерениямНаливают в аспиратор воду (водопроводную) до уровня боковогоотростка и закрывают его пробкой.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы