1. Wstęp teoretyczny.

Łatwość przelewania cieczy świadczy o łatwej przesuwalności jednych cząstek względem drugich, nie oznacza jednak braku sił międzycząsteczkowych lub, inaczej, sił molekularnych. Siły takie, aczkolwiek nieznane, istnieją i w pewnych przypadkach ujawniają swe działanie. Siły oddziaływań między cząsteczkami we wnętrzu cieczy znoszą się wzajemnie, nie mogą więc wykazać swego istnienia. Inaczej jest na powierzchni wody i tuż pod nią (w warstwie o grubości równej zasięgowi działania sił międzycząsteczkowych). Tu cząsteczki poddawane są działaniu sił niezrównoważonych, sił międzycząsteczkowych skierowanych w głąb cieczy.

Oprócz ciśnienia molekularnego, skierowanego w głąb cieczy, warstewkę powierzchniową cieczy cechują siły molekularne leżące w płaszczyźnie tej warstewki; siły te działają na cząsteczkę ze wszystkich stron - są to siły napięcia powierzchniowego.

Całkowitą siłę napięcia powierzchniowego F wyraża zależność

F = sl

gdzie współczynnik s nazywamy napięciem powierzchniowym cieczy.Ma ono różną wartość dla różnych cieczy. Warstewka, czyli błonka powierzchniowa cieczy pod wpływem sił napięcia powierzchniowego zachowuje się jak napięta błona gumowa, tzn. wykazuje tendencję do kurczenia się.

Możemy powiedzieć, iż napięcie powierzchniowe s ma podwujne znaczenie:

a) siłowe - gdyż wyraża się przyłożoną do 1 m długości błonki

F

s = --- ,

l

b) energetyczne - gdyż oznacza energię potencjalną zmagazynowaną w 1 m2 błonki powierzchniowej

Ep

s = ----

DS

Napięcie powierzchniowe zależy od:

1. Rodzaju cieczy; dla każdej cieczy jest ono inne, gdyż różne cząsteczki oddziałują na siebie z różnymi siłami;

2. Temperatury, i to w wysokim stopniu; przy wzroście ruchów termicznych cząsteczek siły międzycząsteczkowe maleją i w związku z tym napięcie powierzchniowe maleje ze wzrostem temperatury.

2. Przebieg doświadczenia.

Ciecz wypływająca pod niewielkim ciśnieniem z pionowej rurki włoskowatej nie tworzy ciągłej strugi, lecz pojedyncze, w przyblirzeniu kuliste krople, które narastają do pewnych, zawsze tych samych rozmiarów, po czym odrywają się od wylotu rurki.

Istotnymi cechami tego procesu są: wszystkie odrywające się krople mają tę samą wielkość ; w chwili odrywania się kropli obserwuje się przewężenie w podstawie kropli przylegającej bezpośrednio do rurki. Siłą która odrywa kroplę jest jej ciężar P.

Napięcie powierzchniowe obliczamy ze wzoru:

N*r1

s = -----

N1*r

gdzie N ilość kropli wody

N1 ilość kropli badanej cieczy

r gęstść wody

r1 gęstość badanej cieczy

Wyniki zestawiamy w tabelce

LICZBA KROPLI

Lp. Woda Aceton Denaturat

1. 69 168 214

2. 67 165 216

3. 68 167 213

4. 66 165 215

5. 68 166 216

śr. 68 166 215

3. Obliczenia.

N*r1 68*792

sa = ----- = -------- = 29.2*10-3

N1*r 166*1110

N*r2 68*810

sd = ----- = -------- = 23.1*10-3

N2*r 215*1110

4. Rachunek błędu.

w = 68 - 69 = -1

w = 68 - 67 = 1

w = 68 - 68 = 0

w = 68 - 66 = 2

w = 68 - 68 = 0

Sw2 = 1 + 1 + 4 = 6

Sw2 6

DN = ---- = --- = 1.5 = 1.22

n-1 4

q = 166 - 168 = -2

q = 166 - 165 = 1

q = 166 - 167 = -1

q = 166 - 165 = 1

q = 166 - 166 = 0

Sq2 = 4 + 1 + 1 + 1 = 7

Dq2 7

DN1 = ---- = --- = 1.75 = 1.32

n-1 4

y = 215 - 214 = 1

y = 215 - 216 = -1

y = 215 - 213 = 2

y = 215 - 215 = 0

y = 215 - 216 = -1

Sy2 = 1 + 1 + 1 + 4 = 7

Sy2 7

DN2 = ---- = --- = 1.75 = 1.32

n-1 4

Dsa DN DN1 1.22 1.32

--- = ---- + ---- = ------ + ------ = 0.018 + 0.008 = 0.03

s N N1 68 166

Dsd DN DN2 1.22 1.32

--- = ---- + ---- = ------ + ------ = 0.018 + 0.008 = 0.03

s N N2 68 166

5. Zestawienie wyników.

Napięcie powierzchniowe acetonu:

sa = (292 11) * 10-4 [N*m-1]

Napięcie powierzchniowe denaturatu:

sd = (231 9) * 10-4 [N*m-1]

Napięcie powierzchniowe wody:

sw = (727 15) * 10-4 [N*m-1]

6. Wnioski.

Uważamy, że zarówno ćwiczenie jak i sposób jego wykonania zostały dobrane bardzo trafnie. Pewne trudności nastręczało jedynie liczenie kropel. Czynność ta powinna być wykonana b dokładnie, ponieważ pominięcie lub doliczenie nawet jednej kriopli mogło powodować błąd rzędu kilku procent. Niedokładność ta jest wynikiem niedoskonałości naszych zmysłów, w tym wypadku naszych oczu i bardzo trudno ją wyeliminować.

Wymagało to nabrania pewnej wprawy, jednak udało mi się ją całkowicie usunąć. Decydujący wpływ na dokładność doświadczenia ma dokładne oczyszczenie rurek. Zarówno pozostałości innej cieczy jak i przedostanie się do ich wnętrza zanieczyszczeń mogło spowodować błąd rzędu kilku procent.

Uważam, że przy starannym wykonaniu ćwiczenia oraz przy zachowaniu należytej czystości otrzymane wyniki będą bardzo dokładne.

1. Przebieg doświadczenia.

Oczyszczoną rurkę przymocowaną na statywie wstawiamy pionowo do badanej cieczy i odczytujemy wysokość h słupka cieczy. Czynność powtarzamy pięciokrotnie dla każdej badanej cieczy. Wyniki zapisujemy w tabelce. Napięcie powierzchnowe poszczególnych cieczy obliczamy ze wzoru:

hrgr

s = -----

2

gdzie h wysokość słupa badanej cieczy w kapilarze

g przyspieszenie ziemskie

r gęstość badanej cieczy

r promień kapilary

Wysokość wzniesienia cieczy

Lp. Woda Aceton Denaturat

1. 39.0 34.5 28.5

2. 41.2 35.5 28.8

3. 39.8 34.8 29.5

4. 39.9 34.7 29.3

5. 40.2 34.3 28.9

śr. 40.0 34.8 29.0

2. Obliczenia.

hrgr 0.04*1110*9.81*0.003

sw = ----- = ---------------------- = 0.065

2 2

hrgr 0.03*792*9.81*0.003

sa = ----- = ---------------------- = 0.034

2 2

hrgr 0.02*810*9.81*0.003

sd = ----- = ---------------------- = 0.023

2 2

3. Rachunek błędów.

Dla wody:

w = 40 - 39 = 1

w = 40 - 41.2 = -1.2

w = 40 - 39.8 = 0.2

w = 40 - 39.9 = 0.1

w = 40 - 40.2 = -0.2

Sw2 = 1 + 1.44 + 0.04 + 0.01 + 0.04 = 2.53

Sw2 2.53

Dh = ----- = ----- = 0.8

n-1 4

Dla acetonu:

q = 34.8 - 34,5 = 0.3

q = 34.8 - 35.5 = -0.7

q = 34.8 - 34.8 = 0

q = 34.8 - 34.7 = 0.1

q = 34.8 - 34.3 = 0.5

Sq2 = 0.09 + 0.49 + 0.01 + 0.25 = 0.84

Sq2 0.84

Dh = ----- = ----- = 0.46

n-1 4

Dla denaturatu:

y = 29 - 28.5 = 0.5

y = 29 - 28.8 = 0.2

y = 29 - 29.5 = -0.5

y = 29 - 29.3 = -0.3

y = 29 - 28.9 = 0.1

Sy2 = 0.25 + 0.04 + 0.25 + 0.09 + 0.01 = 0.64

Sy2 0.64

Dh = ----- = ----- = 0.4

n-1 4

Dla wody:

Ss Dh Dr 0.8 0.01

-- = -- + --- = ----- + --- = 0.02 + 0.34 = 0.36 * 100% = 36%

s h r 40 0.03

Dla acetonu:

Ss Dh Dr 0.46 0.01

-- = -- + --- = ----- + --- = 0.01 + 0.34 = 0.35 *100% = 35%

s h r 34.8 0.03

Dla denaturatu:

Ss Dh Dr 0.4 0.01

-- = -- + --- = ----- + --- = 0.01 + 0.34 = 0.35 * 100% = 35%

s h r 29 0.03

4. Zestawienie wyników.

Dla wody:

s = (65 23) * 10-3 [N*m-1]

Dla acetonu:

s = (34 12) * 10-3 [N*m-1]

Dla denaturatu:

s = (23 8) * 10-3 [N*m-1]

5. Wnioski.

Uważamy, że zarówno doświadczenie jak i sposób jego wykonania zostały dobrane bardzo trafnie. Swiadczy o tym stosunkowo niewielki błąd 7%. Przy wykonaniu ćwiczenia natknęliśmy się jednak na kilka niedogodności. Pewną trudność sprawiło nam równe ustawienie kapilar, co miało decydujący wpływ na dokładność wykonania ćwiczenia.

Szczególną uwagę należało zwracać na dokładne oczyszczenie kapilar. Pozostałości innej cieczy w ich wnętrzu mogły spowodować powstanie bardzo dużych niedokładności. Przyrząd przystosowany do tego celu nie był wykonany zbyt precyzyjnie i nie można było połączyć jego króćca z końcówką kapilary. Dlatego też uważamy, że końcówka "gumki" powinna być zakonczona kawałkiem miękkiej gumy; stało by się wyedy dokładne wyczyszczenie kapilary i króćca rurki a w rezultacie dokładne przedmuchanie kapilar.

---