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Die Oberflächenspannung beschreibt die Fähigkeit einer Flüssigkeit, der Schwerkraft zu widerstehen. Beispielsweise bildet Wasser Tröpfchen auf der Tischoberfläche, wenn sich Wassermoleküle anziehen, was der Schwerkraft entgegenwirkt. Aufgrund der Oberflächenspannung können schwerere Gegenstände wie Insekten auf der Wasseroberfläche gehalten werden. Die Oberflächenspannung wird in Kraft (N) geteilt durch eine Längeneinheit (m) oder in der Energiemenge pro Flächeneinheit gemessen. Die Kraft, mit der Wassermoleküle interagieren (Kohäsionskraft), verursacht Spannungen, die zu Wassertropfen (oder anderen Flüssigkeiten) führen. Die Oberflächenspannung kann mit ein paar einfachen Objekten, die sich in fast jedem Haushalt befinden, und einem Taschenrechner gemessen werden.

Lektion 21. Laborarbeit Nr. 05. Messung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit (Bericht)

Laborarbeit Nr. 5

Betrifft: "MESSUNG DER OBERFLÄCHENSPANNUNG EINER FLÜSSIGKEIT"

Zweck: Bestimmen Sie den Oberflächenspannungskoeffizienten von Wasser durch die Methode der Trennung von Tropfen.

Ausstattung ein Gefäß mit Wasser, eine Spritze, ein Gefäß zum Sammeln von Tropfen.

  1. Zeichne einen Tisch:
Wir berechnen die Oberflächenspannung nach der Formel

Die durchschnittliche Oberflächenspannung ergibt sich aus der Formel:

Wir bestimmen den relativen Fehler durch die Methode der Auswertung der Messergebnisse.

Fazit: Ich habe die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (Wasser) gemessen, sie betrug 0,069 N / m, was unter Berücksichtigung des Fehlers von 41,76% mit dem Tabellenwert übereinstimmt.

Antworten auf Sicherheitsfragen.

1. Warum hängt die Oberflächenspannung von der Art der Flüssigkeit ab?

Die Oberflächenspannung hängt von der Anziehungskraft zwischen den Molekülen ab. Moleküle verschiedener Flüssigkeiten haben unterschiedliche Wechselwirkungskräfte, daher ist die Oberflächenspannung unterschiedlich. Die Oberflächenspannung hängt auch vom Vorhandensein von Verunreinigungen in der Flüssigkeit ab, denn je stärker die Konzentration der Verunreinigungen in der Flüssigkeit ist, desto schwächer sind die Adhäsionskräfte zwischen den Molekülen der Flüssigkeit. Folglich wirken die Oberflächenspannungskräfte schwächer.

2. Warum und wie hängt die Oberflächenspannung von der Temperatur ab?

Steigt die Temperatur, so steigt die Geschwindigkeit der Moleküle entsprechend an und die Adhäsionskräfte zwischen den Molekülen nehmen ab. d.h. die Oberflächenspannungskräfte hängen von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur der Flüssigkeit ist, desto schwächer ist die Oberflächenspannung.

3. Wird sich das Ergebnis der Berechnung der Oberflächenspannung ändern, wenn das Experiment an einer anderen Stelle auf der Erde durchgeführt wird?

Es wird sich leicht ändern, weil Die Formel enthält den Wert von g - Gravitationsbeschleunigung. Und wir wissen, dass in verschiedenen Teilen der Erde die Erdbeschleunigung unterschiedlich ist. Die tatsächliche Erdbeschleunigung hängt vom Breitengrad, der Tageszeit und anderen Faktoren ab. Sie variiert zwischen 9.780 m / s² am Äquator und 9.832 m / s² an den Polen.

4. Ändert sich das Berechnungsergebnis, wenn der Durchmesser der Rohrtropfen kleiner ist?

Eine Änderung des Rohrdurchmessers kann nicht zu einer Änderung des Messwertes führen. Eine Formel wird verwendet, um die Oberflächenspannung zu bestimmen.

Die Figur zeigt, dass eine Abnahme des Durchmessers des Rohrs durch eine Abnahme der Tröpfchenmasse kompensiert wird und die Oberflächenspannung natürlich gleich bleibt.

5. Warum sollten langsame Tropfen fallen?

Wenn Flüssigkeit aus dem Kapillarrohr austritt, wächst die Tropfengröße allmählich an. Vor dem Abscheiden des Tropfens wird ein Hals gebildet, dessen Durchmesser d geringfügig kleiner ist als der Durchmesser d1 des Kapillarrohrs. Um den Umfang des Tropfenhalses wirken Oberflächenspannungskräfte nach oben und halten den Tropfen. Wenn die Größe des Tröpfchens zunimmt, neigt die Schwerkraft mg dazu, es abzureißen. Im Moment der Tropfenabscheidung ist die Schwerkraft gleich der resultierenden Oberflächenspannungskraft F = πdσ.

Es ist notwendig, dass die Tropfen unter Einwirkung der Schwerkraft selbständig aus dem Rohr austreten. Wenn Tröpfchen schnell durch zusätzlichen Druck auf den Spritzenkolben fallen, entspricht die Schwerkraft zum Zeitpunkt des Ablösens der Tröpfchen nicht der Oberflächenspannungskraft und diese Methode führt zu einem großen Messfehler.

Maximale Blasendruckmethode (Rebinder-Methode)

Die Kapillare steht mit der Luft in Verbindung, daher wird der Atmosphärendruck P im Inneren des Rohrs aufrechterhalten0.

Der Druck P über der Prüfflüssigkeit wird mit einer Wasserpumpe allmählich abgebaut. Druckdifferenz (Püber- P) versucht, eine Luftblase aus der Kapillare in die Flüssigkeit zu blasen. Dem wirkt jedoch der zusätzliche Druck entgegen, der durch die Oberflächenspannungskräfte der Flüssigkeit in der resultierenden Blase mit dem Radius r erzeugt wird und tangential zur Grenzfläche Ms.

Bei einer Druckdifferenz (Püber−P) gleich PHütten Überschreiten der Differenz Pich, pl.–Pich, mode, Aus dem Kapillarrohr wird eine Luftblase in eine Flüssigkeit geblasen.

Hier ist der Radius r der aufgeblasenen Blase unbekannt, was äußerst schwierig zu messen ist. Daher greifen Sie auf die Verwendung eines Referenzfluids zurück, dessen Oberflächenspannungskoeffizient σ isto welches bekannt ist und nahe am Oberflächenspannungskoeffizienten σ des untersuchten Fluids liegt. Es wird angenommen, dass die Radien der Blasen, die aus derselben Kapillare geblasen werden, in beiden Fällen gleich sind.

Dividiert man die erste Gleichung durch die zweite und löst nach σ, so erhält man die Formel zur Berechnung der Oberflächenspannung:

Stalagmometrische Methode (Tropfenzählmethode)

Zählen Sie die Anzahl der Tröpfchen (n), sammeln Sie sie im Behälter und messen Sie das Volumen (V). Finden Sie das Volumen eines Tropfens v.

wobei r der Halsradius ist.

Weil Der Radius des Halses ist schwer zu berechnen. Führen Sie ein Experiment mit einer Referenzflüssigkeit durch.

Ringtrennungsmethode (Physiklabor im ersten Jahr)

Ein Ring oder Rahmen wird auf die Oberfläche der Testflüssigkeit gelegt. Wenn die Flüssigkeit den Ring benetzt, wirkt sich die Oberflächenspannung auf F aus1 und F2auf seine Außen- und Innenflächen mit den Durchmessern D und d einwirkend, sind in die Flüssigkeit gerichtet:

Die gesamte Oberflächenspannung beträgt:

Um den Ring von der Oberfläche der Flüssigkeit abzureißen, muss eine Aufwärtskraft F aufgebracht werden, die die Schwerkraft mg des Rings und die Oberflächenspannung F ausgleichtσ:

Indem Sie mit einem Dynamometer die Trennkraft des Rings messen und die Masse und Größe des Rings kennen, können Sie die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bestimmen:

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