Билык В.Я. Прибор Ломоносова для исследования жидкостей (1123996), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

«Для этого мне необходимы: «1) деревянные вески для взвешивания твердых тел в воздухе и в воде, рис, № 1; «2) прибор для дробления н сжнмания тел, рис. 2; «3) круглый точильный камень для изучения твердости тел, рнс. 3; «4) прибор для получения одинаковых капель и для их подсчета, рис. 4...» и Последний прибор и изображен на рис. 1. Известно, чта Академическое собрание признало эти работы «совершенно необходимыми для приращения наук» и постановило «озаботиться изготовлением названных инструментов для общего пользования Академии»,м Следующая запись Ломоносова показывает, что эти приборы не были своевременна изготовлены: «В сентябрьскую треть прошлого 1752 года упражнялся я в химии: 1) читал химические лекции для студентов, показывая при том физические эксперименты, которых мог бы еще присовокупить больше, если бы требуемые инструменты поспели., ж 16 " ПСС, т.

2, стр. 479. "ПСС, т. 9, стр, 55 — 57. ы Протоколы Конференции, т. !!, стр. 270 — 27!. 'с Билярский, стр, !86. . пРиБОР ломоносОВА для исследОВАния жидкостеи 75 Однако Ломоносов не оставил своего намерения исследовать «сцепление частиц» в жидких телах. К этой задаче он вернулся два года спустя, когда писал работу «Опыта физической химии часть первая, эмпирическая» и составлял новые программы физико-химических опытов. Там находим такие пометки: <12. Сцепление частей в растворах по сравнению с таковым з воде»." «7. Сцепление капель в ~растворах1 вполне насыщенных, «8, » » прн преобладании кислоты.

«9. » » прн преобладании щелочи».м «б. Сцепление капель».'з Изложенное с несомненностью показывает, что проектируя «инструмент для следования вязкости жидких материй по числу капель», Ломоносов вовсе не задавался целью определять собственно вязкость жидкостей, т.

е. внутреннее трение, как мы теперь понимаем этот термин. Он ставил проблемную задачу исследовать силы взаимосвязи частиц в жидкостях, а рассматриваемый прибор был им задуман как одно из средств акспериментального осуществления этой работы. В цитированных выше заметках и обращении в Академическое собрание Ломоносов неодинаково формулирует назначение и название своего прибора.

Сопоставим эти, несомненно имеющие один и тот же смысл, разные выражения и попытаемся уяснить способ применения прибора, который имел в виду Ломоносов; 1. «Инструмент для следования вязкости жидких материй по числу капель»; 2. «Сцепление жидких тел по числу капель»; 3. «Инструмент, как узнавать зес капель»; 4. «Исследование взаимного сцепления частиц тел путем счета капель»,' 5. «Прибор для получения одинаковых капель и для их подсчета». Из этой совокупности формулировок следует, что измерение должно вести путем подсчета числа одинаковых капель и их взвешивания.

Вес одной капли можно определить простейшим и надежным способом: общий вес вытекшей по каплям жидкости разделить на число капель. Становится ясным, почему Ломоносов, говоря о сосчитыванни капель, в то же время называет свой прибор «инструментом, как узнавать зес капель».

Как же рассчитывал Ломоносов «исследовать взаимное сцепление частиц» по одной лишь единственной измеренной величине — весу капли жидкости (нли, в другом случае, по отсчитанному числу капель)? Из приведенных выше заметок Ломоносова нетрудно видеть, что исследование сцепления частию в твердых и жидких телах он намечал как совместную задачу. Прочность связи частиц в твердых телах он предполагал определять путем излома, сжигания, потирания.

Аналогичным образом " ПСС, т. 2. «тр. 583. " ПСС, т. 2, стр. 601. м Там же, В. я. Билмк для оценки сил сцепления в жидкости ои намеревался дробить ее на капли, т. е. разобщать частицы подобно тому, как они разобщаются в твердом теле при испытании его прочности путем разрушения. Далее, из сравнения названий прибора видим, что Ломоносов отождествлял «вязкость» и «сцепление жидких тел», как бы подразумевая то свойство, которое в житейском обиходе зовут «тягучестью». Говоря о «сцеплении частиц», он в том же смысле неоднократно отмечает и «сцепление капель», видимо, не предполагая иных проявлений снл сцепления, кроме прямого их действия.

Все это можно понимать так, что Ломоносов рассчитывал определять усилие отрыва капель и отсюда делать заключение о силе связи между частицами жидкости. Другими словами, вес капель, оторвавшихся под действием силы собственной тяжести, рассматривается как прочностная характеристика жидкости. Если ограничиваться феноменологической стороной дела, то такой подход не вызывает возражений. Вес оторвав|иейся капли, действительно, з известной степени характеризует присущие данной жидкости силы взаимосвязи между ее частицами.

Однако зависимость веса отрывающихся капель от межмолекулярных сил, по существу явления, обусловлена не собственно прочностью жидкости, а более сложными явлениями, связанными со свободной поверхностной энергией. В жидкости межмолекулярное взаимодействие приводит к тому, что каждая поверхностная молекула испытывает силу, стремящуюся втянуть ее внутрь жидкости, Вследствие этого поверхность жидкости самопроизвольно стремится к максимальному сокращению как бы под действием тангенциально приложенной к ней силы поверхностного натяжения.

Поверхностный слой обычно сравнивают с натянутой пленкой. Однако увеличение поверхности растущей капли означает'не упругое растяжение поверхностного слоя, а выход на поверхность новых молекул ив глубины жидкости. При этом на каждую выведенную на поверхность молекулу затрачивается вполне определенная работа, чем и обусловливается постоянное для данной жидкости значение удельной свободной поверхностной энергии, выражаемое коэффициентом поверхностного натяжения.

В момент отрыва капли ее собственная тяжесть преодолевает поверхностное натяжение, т. е, ту некомпенснрованную энергию молекулярного сцепления, которой обладают поверхностные молекулы жидкости, Эта величина вообще является показательной в смысле оценки межыолекулярных сил; она находится в прямом соотношении с теплотой испарения жидкости, критической температурой и проч. Поэтому учение о поверхностном натяжении сыграло важную роль в развитии молекулярной физики жидкостей. Определяя вес свободно оторвавшейся капли т, можно найти коэффициент поверхностного натяжения 0 данной жидкости по следующей формуле: д 2«г призор ломоносозл для исслкдозлния жидкостки где г — радиус трубки, нз которой вытекает жидкость и я — ускорение силы тяжести В этом состоит широко распространившийся в свое время метод определения поверхностного натяжения, называемый «методом взвешивания капель», или «методом счета капель».

Осуществляется он с помощью весьма простых приборов, называемых сталагмометрами (рис. 2). Прибор Ломоносова для исследования жидкостей и сталагмометр имеют в своей основе один и тот же принцип действия, однако отличаются в конструктивном отношении. Прибор Ломоносова снабжен резервуаром для исследуемой жидкости, соединенным с воронкой так, что уровень жидкости в воронке по мере ее расходования все время остается неизменным. Введенная 'В в воронку палочка с шаровидным концом создает такое торможение движени|о жидкости, которое необходимо, чтобы истечение происходило по каплям, а не струей.

Сталагмометр представляет собой пипетку, соединенную с небольшим резервуаром для жидкости' и краном для регулирования скорости каплеобразования. Оба прибора имеют одно и то же прямое назначение — разделять исследуемую жидкость на капли, отрывающиеся под действием силы собственной тяжести.ш Ломоносов имел з виду использовать свой прибор для относительных определений, т. е. для сравнения силы сцепления частиц в разных жидкостях. Об этом свидетельствует цитированная выше его заметка, где выражено намерение определять «сцепление частей в растворе по сравнению с таковым в воде». Из формулы (1) нетрудно видеть, что если бы прибор был построен и Ломоносов опре- нс. делил веса капель разных жидкостей и сравнивал их, то эти веса находились бы между собой в таких же отношениях, как и коэффициенты поверхностного натяжения тех же жидкостей.

Так, например, в ряду: вода — спирт — оливковое масло — ртуть получилось бы соответственно следующее отношение весов капель: 1.0: ОЗ : 0.5: 6.7, что достаточно отчетливо выражает неодинаковую природу этих жидкостей. и Эта формула только схеиатическн выражает явление, не учнтмвая ряда усложияинзих оостоятельств, почему н не является достаточно точной для практичеСких В»лей.

Прн введении поправочного множителя она позволяет получать весьма точиме ре»ультатм. ас Н Насколько известно, Ломоносов не имел предшественников в создании метода счета и взвешивания капель. в. я. Билни Поскольку Ломоносов иногда указывал, что его прибор предназначен для исследования жидкостей «по числу капель», следует рассмотреть и тот случай, если бы вместо взвешивания производился только счет капель, составляющих некоторый определенный объем жидкости.

Воспользовавшись формулой (1) и очевидным соотношением (где р — плотность и Л,— число капель в единице объема жидкостИ), получим (2) Величина —, как известно, может быть выражена следующим образом — = — дп р Я Ф где а — капилляриая постоянная Пуассона. Поэтому можно написать » 1 Ю= — „ ю е~.а» (3) Если сравнивать две жидкости, то, определив соответственно числа капель Л' и ЛУ' в произвольном равном объеме, получим, согласно формуле (3), следующее отношение ЛР' (а~)" Д~ФР ( Я) > также отчетливо выражающее различную природу этих веществ.

т. е. для двух сравниваемых жидкостей числа капель в данном объеме находятся в обратном отношении капиллярных постоянных. Капиллярная постоянная представляет собой произведение радиуса трубки на высоту капиллярного поднятия в ней жидкости. Эта величина фигурирует во всех важнейших формулах теории капиллярности, так как является характерной постоянной, зависящей от межмолекулярных сил и природы данной жидкости. Ее называют также «удельным сцеплением».

Характеристики

Список файлов учебной работы