WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 |

S 2R Прибор Ребиндера (рис. 2) служит для определения коэффициен- Коэффициент пропорциональности зависит от рода жидкости в та поверхностного натяжения жидкости. Исследуемая жидкость поме- манометре и угла наклона левого колена. Поскольку в установке щается в сосуд (5), в который впаяна трубка (6) с оттянутым концом, жидкость и капилляр не меняются в процессе выполнения работы, можкасающаяся поверхности жидкости. При закрытом кране (1) и открытом но записать просто:

кране (3) за счет вытекания жидкости из сосуда (2) в системе создается = c a (2) разрежение. Атмосферное давление в трубке (6) становится больше, чем Коэффициент c называется постоянной прибора Ребиндера. Он давление Pс в сосуде (5). Манометр (4) показывает величину разности находится опытным путем.

этих давлений. Для удобства работы манометр выполнен из трубок раз 13 Сосуд (5) помещен в емкость с водой (7), которая играет роль 6. Оценить погрешность опыта.

термостата. Внутри стакана (7) расположен нагревательный элемент (8). Примечание. Во избежание перегрева жидкости в системе из-за Это позволяет менять температуру исследуемой жидкости в сосуде (5). тепловой инерции нагреватель отключать при показаниях термометра Для измерения температуры служит термометр (9). на 3–4°С ниже ранее намеченной температуры. После каждого измере ния необходимо открывать зажим (1).

Значения коэффициента поверхностного натяжения для воды Контрольные вопросы при различных температурах (10-3 Н/м) 1. Объясните природу сил поверхностного натяжения.

t° C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2. Что называется коэффициентом поверхностного натяжения От 74.0 73.8 73.7 73.5 73.4 73.3 73.1 73.0 72.8 72.чего он зависит t° C 20 21 22 23 24 25 30 35 40 3. Когда возникает и чему равно добавочное давление Чему рав 72.5 72.4 72.2 72.0 71.9 71.8 71.03 70.29 69.54 68.но полное давление, если поверхность: плоская, вогнутая, выпуклая t° C 50 55 60 65 70 75 4. В чем сущность метода Ребиндера 67.8 66.9 66.0 65.1 64.2 63.3 62.Порядок выполнения работы. Лабораторная работа № 1. Установить оттянутый конец трубки (6) так, чтобы он только Определение коэффициента внутреннего трения методом Стокса касался поверхности жидкости, в противном случае кроме разности давлений P= Pатм–Pc возникает дополнительное давление столба жидкоЦель работы – определение коэффициента внутреннего трения сти, которое не учитывается в конечной формуле. Приоткрыв затем или вязкости касторового масла и исследование температурной зависикран (3), проследите за образованием и отрывом пузырьков в сосуде (5).

мости вязкости.

2. Ознакомиться с работой наклонного манометра. Открывая или Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр, заполненный прикрывая зажим (3), подобрать удобную для отсчетов скорость обракасторовым маслом, термостат, железные шарики, микроскоп, секундозования пузырьков. В момент разрыва пузырька определить наибольмер.

шую длину перемещения жидкости в колене (b) манометра (4).

Вязкостью, или внутренним трением, называется свойство всех ве3. Измерить температуру воды термометром (9). Вода в емкости (7) ществ оказывать сопротивление деформации сдвига, пропорциональное и использованная для определения коэффициента поверхностного натяградиенту скорости. Возникновение сопротивления, обусловленного вязжения методом отрыва капель должна иметь одинаковую температуру, в костью жидкости, объясняется следующим образом. Представим себе две этом случае можно найти постоянную прибора Ребиндера по формуле пластинки, разделённые плоскопараллельным слоем жидкости (рис. 1).

c =, a где значение берется из задания 1.

4. Закрыть зажим (3) и, открыв зажим (1), включить нагреватель.

Подогрев жидкость в системе на 10°C, повторить измерения. Проделать опыт для 5–7 показаний термометра.

5. Пользуясь формулой (2), рассчитать коэффициент поверхностного натяжения для других температур. Построить график зависимости (T). Сравнить результат с данными, приведенными в таблице.

Рис. 15 Рассмотрим, что произойдёт, если начать перемещать верхнюю пластинку относительно нижней в направлении, указанном стрелкой.

Мысленно разобьем жидкость на тончайшие слои. Молекулы жидкости, ближайшие к верхней пластинке, прилипают к ней и в силу этого начинают перемещаться вместе с пластинкой с той же скоростью. Эти молекулы увлекают в свою очередь молекулы соседнего слоя и т. д. Слой молекул, прилегающий к низшей неподвижной пластинке, остаётся в покое, а остальные слои перемещаются, скользя друг по другу со скоростями тем большими, чем больше их расстояние от низшей пластинки.

Вязкость жидкости проявляется в возникновении силы, препятствуюРис. щей относительному сдвигу соприкасающихся слоев жидкости, а следоНа шарик, свободно падающий в жидкости (рис. 2), действует сивательно, и сдвигу пластинок друг относительно друга.

ла тяжести Р, выталкивающая Q, и сила вязкого сопротивления F:

Величина сопротивления, обусловленного вязкостью жидкости, зависит от разности скоростей между её слоями и расстояния между ними.

P = mш g = r3 ш g;

Чтобы охарактеризовать величину изменения скорости, измерим разность скоростей ( – = ) двух слоев жидкости и расстояние x 1 Q = mж g = r3 ж g;

между этими слоями, отсчитываемое по нормали к направлению жидкости. Предел отношения этих двух величин называется градиентом скоF=6r, рости где mш, mж – массы шарика и жидкости; ш, ж – их плотности; r – ради d ус шарика; – скорость падения шарика.

lim =.

xДвижение шарика, падающего в вязкой жидкости, лишь в первое x dx время будет ускоренным. С возрастанием скорости возрастает сила вязПри ламинарном течении (т. е. без завихрений) сила внутреннего кого сопротивления и с некоторого момента движение можно считать трения пропорциональна градиенту скорости:



равномерным, т. е. справедливо равенство d d F = S или r =, (1) P=F+Q, F=P – Q, dx dx или где F – сила внутреннего трения; S – площадь поверхности скользящих 6 r = r3 g (ш - ж ), друг по другу слоев; r=F/S – касательное напряжение; – коэффициент внутреннего трения (вязкость), зависящий от природы жидкости. Из фороткуда мулы (1) следует, что коэффициент внутреннего трения равен касатель2 g r ному напряжению при градиенте скорости, равном единице. В СИ еди = (ш - ж ). (2) ница вязкости выражается в Н с/м2 – это вязкость вещества, в котором Для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В (см. рис. 2), при градиенте скорости в 1 м/с на 1 м имеет место касательное напряжение 1 Н/м. l движение равномерное и скорость равна =, где l – расстояние межВязкость жидкостей зависит от температуры: она резко уменьшаt ется с повышением температуры. Особенно зависит от температуры вязду рисками, а t – время падения шарика между рисками А и В.

кость масел.

Подставляя значение скорости в уравнение (2), получим Один из способов определения коэффициента внутреннего трения 2 gr2t = (ш -ж). (3) – метод Стокса.

9 l 17 Это уравнение справедливо лишь тогда, когда шарик падает в без- Контрольные вопросы граничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то при1. Физический смысл коэффициента внутреннего трения.

ходится учитывать влияние боковых стенок.

2. Внутреннее трение относится к явлениям переноса. Что переФормула для определения коэффициента жидкости с учетом поносится при внутреннем трении и какая физическая величина при этом правок принимает следующий вид:

изменяется 2 g r2 t (ш - ж) 3. От чего зависит коэффициент внутреннего трения жидкости =. (4) r 9 l 1+ 2.4. Оценить время, через которое шарик начнет падать равномерно R (скорость уменьшится в e раз).

Описание установки.

Лабораторная работа № В данной работе падение шарика наблюдают в стеклянном цилиндре, наполненном касторовым маслом. На цилиндре нанесены две метки Определение размеров молекулы стеариновой кислоты А и В, расположенные на расстоянии l. Верхняя метка располагается ниже уровня жидкости на 8–10 см.

Цель работы – определить размеры молекулы стеариновой киПомещая цилиндр в термостат, можно повышать температуру масслоты, оценить относительную и абсолютную погрешности измерений.

ла. В этом случае его вязкость будет изменяться. Для равномерного наПриборы и принадлежности: бюретка, укрепленная на штативе, грева необходимо принудительно перемешивать масло в цилиндре.

кювета с водой, пробковые опилки.

В отличие от газа или пара, которые целиком занимают предосПорядок выполнения работы.

тавленный им объем, жидкости обладают способностью сохранять объ1. Помещая шарики на предметное стекло микроскопа, измерить ем (т. е. их объем не определяется объемом сосуда), а также наличием их диаметры.

свободной поверхности, отделяющей данную жидкость от пограничной 2. Измерить плотность масла денсиметром.

среды.

3. Замерить расстояние l между метками на цилиндре.

В пограничном слое жидкости действуют силы поверхностного 4. Сбросить пинцетом шарик в масло так, чтобы он падал вдоль натяжения, наличие которых обусловлено тем, что поверхностные мооси цилиндра, и измерить секундомером время падения между метками.

лекулы жидкости подвергнуты силе притяжения «своих» же молекул 5. Повторить пункт 4 не менее трех раз.

лишь с одной стороны, а с другой стороны испытывают притяжение мо6. Поместить цилиндр с касторовым маслом в термостат и налекул иного рода. Это означает, что поверхностные молекулы обладают греть (для равномерного нагрева производить помешивание масла в циизбытком потенциальной энергии. Известно, что любая система при равлиндре сеткой для сбора шариков).

новесии находится в том из своих возможных энергетических состоя7. Следя за температурой масла по термометру через каждые 5– ний, при котором ее энергия минимальна. Свободная поверхность жид10°C повторить опыт (пункт 4).

кости под действием сил поверхностного натяжения стремится к сфери8. Для каждого значения температуры рассчитать коэффициент ческой форме, как энергетически более выгодной. Обычно этому препятвнутреннего трения по формуле (4).

ствует сила тяжести, жидкость принимает форму сосуда, а ее поверхность 9. По результатам опытов построить график зависимости коэфгоризонтальна. Однако в случаях, когда объем жидкости мал и можно фициента вязкости от температуры.

пренебречь силой тяжести, например в маленьких каплях, форма жид10. Оценить погрешность в определении коэффициента внутреннекости близка к сферической (например, капли ртути из разбившегося го трения.

термометра).

19 Обозначим = 1 +2, тогда последнее равенство запишется как 2 2 13 = 12 + + 212 cos1.

23 Углы 1,2, т. е. углы между касательными к поверхности жидкости и поверхностью, называются краевыми углами. Согласно (1) и (2) краевые углы, а также угол =1+2 определяются соотношениями коэффициентов 13,12,. В частности, соотношение может быть таким, что cos = 1, и, следовательно, угол = 0. Это означает, что жидкость II тонким слоем растекается по поверхности. В этом случае говорят о полном смачивании, физически это означает, что 13 > 12 +. При = жидкость принимает форму шара на поверхности другой жидкости, это случай полного несмачивания и 13 < 12 +. Чаще всего 2 < <.





Рис. 1 Многие органические жидкости (эфир, скипидар) растекаются по Рассмотрим каплю жидкости II (рис. 1), расположенную на граниповерхности воды. Для других жидкостей (бензол, жидкие кислоты, масце поверхности другой жидкости III и воздуха I. Это три среды имеют ло) явление растекания наблюдается только для первых капель, помеобщую границу – окружность, ограничивающую каплю и пересекающенных на поверхность воды. Последующие капли уже не растекаются, щую плоскость чертежа в двух точках А и В. По этой окружности переа остаются на поверхности в виде устойчивых капель. Это объясняется секаются между собой три поверхности: поверхность, разграничиваютем, что первые капли, растекаясь, загрязняют поверхность и уменьшащая жидкость II и воздух с коэффициентом поверхностного натяжения ют поверхностное натяжение настолько, что полное смачивание пере12 ; поверхность, разграничивающая жидкость III и воздух с коэффициходит в полное несмачивание. Многочисленные эксперименты, в частентом поверхностного натяжения 13 ; поверхность разграничивающая ности опыты Ленгмюра и Дево, привели к тому выводу, что если площадь поверхности воды достаточно велика, то капля масла (касторового жидкости II и III с коэффициентом поверхностного натяжения.

или прованского) или жирных кислот соответствующего объема растеНа каждый элемент длины пограничной окружности dl будут кается в очень тонкий мономолекулярный слой. Произведенные вычисдействовать три силы поверхностного натяжения, равные ления показали, что площадь, занимаемая каждой молекулой, очень ма12dl, dl, dl. Каждая их них направлена по касательной к поверхно23 ла. Для жирных кислот: SM = 2.110-16cм2. Молекулу жирных кислот сти соприкосновения соответствующих двух сред. Чтобы жидкость II можно рассматривать как образование, сильно вытянутое в длину, нечто находилась в равновесии, сумма проекций сил на оси координат должна вроде удлиненного эллипсоида или цилиндра.

равняться нулю:

В данной работе используется метод, предложенный Ленгмюром 13dl=12cos1dl+ cos2dl и Дево. Если капля раствора стеариновой кислоты в легколетучей жид 12sin1dl+ sin2dl.

0= 23 кости падает на поверхность воды, то растворитель быстро испаряется, а кислота, растекаясь, образует на поверхности воды мономолекулярную Теперь можно сократить на dl, а если возвести в квадрат и слопленку (при достаточной для этого поверхности). Если поверхность вожить полученные выражения, то получаем:

2 2 2 ды посыпать предварительно легким слоем пробковых опилок или таль13 = 12 + + 212 (cos1 cos2 - sin1 sin2. (1) 23 ком, то на ней образуется ясно видное свободное от порошка пятно. Это 2 2 13 = 12 + + 212 cos(1 +2). (2) 23 23 дает возможность по диаметру круга приближенно рассчитать площадь поперечного сечения одной молекулы кислоты.

21 Если в капле содержится n молекул кислоты с поперечным сечеm1 - m mk =.

нием Sм, то S = nSм, где S – площадь полученного круга. Отсюда количество капель S 7. Определить массу стеариновой кислоты, содержащейся в капле Sм =.

n раствора:

Число молекул в капле можно найти, если известна масса стеари0.310-2mk k mc =.

новой кислоты, содержащейся в капле, и ее молекулярная масса c m n = Na, 8. Плотность стеариновой кислоты = 848 кг / м2. Молярная масµ са находится по известной формуле кислоты C12H38O2.

где Nа – число Авогадро, тогда, если D – диаметр пятна:

9. Рассчитать площадь поперечного сечения и высоту слоя.

D2µ Sм =.

4mNa Контрольные вопросы Высоту молекулярного слоя h можно грубо оценить, пользуясь 1. Почему капля жидкости имеет сферическую форму V следующим выражением: h =, где V – объем мономолекулярного 2. Какова природа (физический смысл) сил поверхностного натяS жения m слоя V =, а – плотность, отсюда 3. Влияет ли температура на коэффициент поверхностного натяжения, если влияет, то как 4m h =.

DЛитература 1. Физический практикум: Механика и молекулярная физика / Порядок проведения работы.

Под. ред. В.И. Ивероновой. М.: Наука, 1967. – 352 с.

1. Наполнить кювету водой и посыпать успокоившуюся поверх2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Термодинамика и молекуность порошком или тальком.

лярная физика. М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2003. Т. II. – 576 с.

2. Наполнить бюретку небольшим количеством 0,3%-го раствора 3. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М.: Физматгиз.

стеариновой кислоты в спирте, с высоты 2–3 мм капают одну каплю 1963. – 500 с.

раствора в середину поверхности воды в кювете.

4. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахметова.

3. Измерить и записать значения двух взаимно перпендикулярных М., 1980.

диаметров*, когда капля престанет растекаться.

5. Молекулярная физика: Описание лабораторных работ для сту4. Повторить пункты 2–3 два-три раза.

дентов I курса физического факультета / Сост. В.П. Разборова, В.М. Мит5. По результатам всех измерений определить среднее значение ковский. Работы 13–17. Омск: ОмГУ, 1987. – 28 с.

диметра круга.

6. Молекулярная физика: Описание лабораторных работ для сту6. Определить массу одной капли кислоты. Для этого взвешивадентов I курса физического факультета / Сост. Г.И. Геринг, В.П. Разбонием найти массу мерного стакана m. Затем, накапав в него не менее рова. Работы 7–12. Омск: ОмГУ, 1987. – 32 с.

капель кислоты, провести повторное измерение массы стакана m1. Масса капли определяется как * Для повышения точности можно измерить диаметры для разных ориентаций диаметров и полученные значения усреднить.

Pages:     | 1 || 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.