Лабораторна робота № 206. ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ КОЕФІЦІЄНТА ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ МЕТОДОМ МАКСИМАЛЬНОГО ТИСКУ В БУЛЬБАШЦІ

Завдання: визначити сталу приладу і значення коефіцієнта поверхне-вого натягу води за різних температур в інтервалі 20–80°С і побудувати графік залежності a = f (t°С).

Приладдя: установка для визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини методом максимального тиску в бульбашці, термометр.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: молекулярно-кінетичні особливості рідин, поверхневий молекулярний тиск, сили поверхневого натягу, формула Лапласа, темпера-турна залежність поверхневого натягу рідин.

Література:

1) § 19.3–19.5, с. 373–380;

2) § 21.4–21.7, c. 122–130;

3) § 61–63, с. 191–202;

4) § 60, с. 103; § 66–69, с. 111–116.

Опис установки. Схема установки, яку використовують у цій роботі, зобра-жена на рис. 7. Вона складається з термостата 1, в якому є нагрівальний елемент 2 і посудина з досліджуваною рідиною 3. Скляна трубка 4 із капіляром на кінці дотикається до поверхні рідини і з’єднана з водяним манометром 5 та буферною посудиною 6. Тиск повітря в буферній посудині можна змінювати за допомогою вентиля 7 мікрокомпресора 8. Термометр 9 призначений для вимірювання температури досліджуваної рідини.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Утворення бульбашки на кінці капіляра можливе тоді, коли надлишковий тиск у системі дорівнюватиме додатковому тиску в бульбашці, зумовленому поверхневим натягом рідини. Надлишковий тиск повітря в системі можна обчислити за показами манометра

P=rgh, (1)

де r – густина рідини в манометрі; g – прискорення вільного падіння; h – різниця рівнів рідини в колінах манометра в момент появи бульбашки.

З іншого боку, надлишковий тиск всередині бульбашки, згідно з формулою Лапласа, пропорційний до коефіцієнта поверхневого натягу рідини a:

P=ka, (2)

де a– коефіцієнт поверхневого натягу рідини; k – коефіцієнт пропорційності.

Прирівняємо (1) і (2), отримаємо ka = rgh, звідки

a = rgh/k. (3)

Коефіцієнтk не залежить від температури, тому його можна визначити як сталу приладу, знаючи коефіцієнт поверхневого натягу a₀ та покази манометра h₀для кімнатної температури:

k = rgh₀/a₀. (4)

Тоді з формул (3) і (4) випливає, що

, (5)

де a(t°С)– коефіцієнт поверхневого натягу; h(t°С)– різниця рівнів рідини в колінах манометра за температури досліду.

Вираз (5) є робочою формулою лабораторної роботи.