Fiz3, Pracownia Zak˙adu Fizyki PL


Pracownia Zakładu Fizyki PL

Imię i nazwisko: Andrzej Wasiuk

Wydział Elektryczny

Grupa ED 2.6.

Data wyk. ćwicz.

1997.04.16

Semestr I I

Cwiczenie 8.2

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie współczynnika napięcia powierzchniowego cieczy za pomocą stalagmometru.

Zaliczenie

Ocena

Data

Podpis

Teoria

Cząsteczki cieczy podlegają działaniu sił wzajemnego przyciągania, zwanych siłami spójności. Siły te działają tylko między sąsiednimi cząsteczkami i są krótkozasięgowe. Siły spójności działające na cząsteczkę znajdującą się wewnątrz cieczy wzajemnie się kompensują. Cząsteczki znajdujące się w warstwie powierzchniowej cieczy podlegają działaniu sił spójności tylko ze strony cząsteczek leżących wewnątrz; wypadkowa tych sił jest rożna od zera i skierowana do środka cieczy - prostopadle do jej powierzchni. Siła ta przemieszcza cząsteczki znajdujące się w warstwie powierzchniowej cieczy do jej wnętrza dotąd, aż powierzchnia cieczy stanie się w danych warukach p i T najmniejsza.

Dążenie cieczy do zmniejszenia powierzchni swobodnej świadczy o pewnym podobieństwie warstwy powierzchniowej cieczy do napiętej, dążącej do skurczenia się błonki mydlanej.

Stosunek wartości siły F do długości l nazywamy napięciem powierzchniowym σ lub współczynnikiem napięcia powierzchniowego σ =F/ 2l. Energetycznie: σ=dE/dS.

Dzieląc powierzchnię sferyczną promieniu R na elementy dS otrzymujemy:

Wyznaczanie współczynnika napięcie powierzchniowego cieczy za pomocą stalagmometru.

Ciecz wypływająca pod niewielkim ciśnieniem z pionowej rurki włoskowatej, nie tworzy ciągłej strugi lecz pojedyńcze, w przybliżeniu kuliste krople, które narastają do pewnych, zawsze tych samych rozmiarów, po czym odrywają się od wylotu rurki. W początkowej fazie narastania kropli, siła napięcia powierzchniowego skierowana jest do góry, dzaiła na zewnętrznym obwodzie rurki 2πr, natomiast w momencie odrywania sie kropli, na nieco mniejszym obwodzie przewężenia 2πr1. Oderwanie się kropli cieczy następuje wówczas, gdy siła napięcia powierzchniowego F zostanie zrównoważona ciężarem kropli P; F=P. Jeżeli przyjąć że masa odrywającej się kropli wynosi m, to powyższy warunek można zapisać nastepująco:

mg=2πr1σ, gdzie r1 jest promienim przewężenia w momencie oderwania się kropli.

Aby wyznaczyć współczynnik napięcia powierzchniowego danej cieczy, należałoby zmierzyć promień przewężenia r1. Trudność tę można ominąć, wprowadzając współczynnik K1 jako stosunek promienia zewnętrznego r kapilary do promienia przewężenia r1. Wartość współczynnika K1 zależy od rodzaju stosowanej rurki kapilarnej i rodzaju cieczy. Po uwzględnieniu współczynnika K1 : mg=2πσ(r/ K1); a oznaczając K1/2π=K, mg=(σr)/K skąd

σ=(mg/r)K. Współczynnik korekcyjny K zależy od promienia r kapilary i od objętości V pojedyńczej kropli.

Wykonanie ćwiczenia.

Do pomiaru współczynnika napięcia powierzchniowego używamy przyżądu zwanego stalagmometrem. Jest on zamocowany w termostatycznej obudowie, na dnie której znajdują sie 2 naczynia na ruchomym dnie. Ważymy naczynko 1, do drugiego nalewamy cieczy i zanurzamy w niej stalagmometr. Za pomocą strzykawki zamocowanej na rurce nabieramy cieczy do stalagmometru. Następnie umieszczamy stalagmometr nad naczynkiem 1 i zdejmujemy strzykawkę, pozwalając aby ciecz skapywała swobodnie. Liczymy liczbę kropel, czynność powtarzamy 3 razy, aby uzyskać większą masę cieczy do ważenia. Przykrywamy naczynko 1 i ważymy go ponownie z cieczą oraz liczbę kropel n, znajdujemy masę pojedyńczej kropli: m=(m2-m1)/n. W tablicach znajdujemy wartości współczynnika K, wyliczamy objętość pojedyńczej kropli: V=m/ρT. Gdzie ρT jest gęstością cieczy w temperaturze, w której przeprowadzamy ćwiczenie. Obliczenia końcowe wykonujemy ze wzoru: σ=((m2-m1)/n)*(g/r)*K.

Opracowanie wyników.

Na podstawie wzorów wyliczamy wartość współczynnika napięcia powierzchniowego σ badanej cieczy. Wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli:

Lp.

Rodzaj cieczy

T

ρT

m1

m2

n

V

r

V/r3

K

σ

_

σ

δ

[K]

[kg/m3]

[kg]*10-3

[kg] *10-3

-

[m3]*10-6

[m]

[N/m]

[N/m]

%

1

Woda

MC-8.1

298,16

998,2

29,38

31,86

30

0,0828

0,005

0,65

0,2477

0.040175

0,8

2

Woda

MC-8.1

298,16

998,2

29,38

33,27

31

0,1257

0,005

1

0,2607

0.064184

0.05259

0,51

3

Woda

MC-8.1

298,16

998,2

29,38

31,61

21

0,1063

0,005

0,851

0,2564

0.053420

0,8

4

Tolumen

MC-8.3

298,16

866,9

29,38

31,97

47

0,06356

0,005

0,512

0,2441

0.026392

0,72

5

Tolumen

MC-8.3

298,16

866,9

29,38

32,86

63

0,06371

0,005

0,512

0,2441

0.026455

0,02633

0,57

6

Tolumen

MC-8.3

298,16

866,9

29,38

31,33

36

0,06248

0,005

0,499

0,2460

0.026144

0,102

Przykładowe obliczenia:

V=(m2- m1)/n*ρT=[(31,86*10-6kg-29,38*10-6kg)/30)]/998,2kg/m3=0,0828*10-6 m3

σ=[(m2- m1)/n]*[g/r]*K=[(31,86*10-3kg-29,38*10-3kg)/30)]*[9,81m/s2/0,005m]*0,2477=0.040175N/m

σ=[(m2- m1)/n]*[g/r]*K=[(31,33*10-3kg-29,38*10-3kg)/36)]*[9,81m/s2/0,005m]*0,2460=0.026144N/m

Obliczam błąd względny maksymalny metodą różniczkowania wzoru σ=((m2-m1)/n)*(g/r)*K, przyjmując że Δm1= Δm2=0,00001kg,czyli masa najmniejszego odważnika w zestawie.

Obliczam błąd względny maksymalny dla pomiarów kolejno :

Mnożąc otrzymane wyniki przez 100% otrzymuje błąd względny wyrażony w procentach.

Wnioski

Z przeprowadzonych pomiarów widać, że współczynnik napięcia powierzchniowego wody jest większy niż współczynnik napięcia powierzchniowego tolumenu i wynosi 0,02633 N/m a dla wody 0.05259 N/m.

Spowodowane jest to różnicą w gęstościach obu cieczy (od gęstości zależy współczynnik K, przy stałym i danym promieniu przewężenia r=0,005m). Widać to przy objętościach pojedyńczych kropli, które dla wody sa dużo większe niż dla tolumenu. Zauważyć można, że przy pomiarach związanych z wodą, poszczególne pomiary objętości są bardziej zróżnicowane (duże rozbieżności w kolejnych pomiarach) niż pomiary związaze z tolumenem. Może być to spowodowane błędami związanymi z pomiarem masy lub też z pomiarem ilości kropli. Również temperatura mogła mieć wpływ na współczynnik napięcia powierzchniowego, a ten parametr nie jest bezpośrednio związany ze wzorem. Także współczynnik proporcjonalności K jest obarczony niewielkim błędem, poniewać dla obliczonych wartości V/r3 nie można było odczytać bardzo dokładnych wartości współczynnika K, tylko najbardziej zbliżone (np dla V/r3=0,499 najbliższa wartość K=0,2460 (dla V/r3=0,483).

Termometr

Stalagmometr

1

2

Ruchome dno



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
SPRW12 2, PRACOWNIA ZAK˙ADU FIZYKI PL
E5 22, Pracownia Zak˙adu Fizyki PL
Wyznaczanie współczynnika lepkości dynamicznej metodą Stokes'a v2, I Pracownia Zak˙adu Fizyki PL
Wyznaczanie współczynnika lepkości dynamicznej metodą Stokes'a v2, I Pracownia Zak˙adu Fizyki PL
Wyznaczanie ciep a w a ciwego cia sta ych, PRACOWNIA ZAK˙ADU FIZYKI PL
10 2~1, PRACOWNIA ZAK˙ADU FIZYKI PL.
Wyznaczanie współczynnika osłabienia oraz energii maksymal(2), Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej
ATOM2 ~1, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
E2 1mix, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej_
Wyznaczanie wspó czynnika lepko ci cieczy metod Ostwalda, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Polit
J9.1-1, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
14.1 b, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
6.2 a, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
BAZADA~1, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
OPT3 2~1, Pracownia Zak˙adu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej

więcej podobnych podstron