2172


GREKULISKI ARTUR 4-03-'96

grupa: 5 kierunek: elektronika

SPRAWOZDANIE Z WICZ. NR 27

Temat: Pomiar napicia powierzchniowego metod odrywania.

WIADOMOCI WSTPNE:

Siami Van der Waalsa nazywamy siy wice ze sob elektrycznie obojtne czsteczki (atomy) gazów i cieczy. Gdy dostatecznie blisko zbliymy dwie takie czsteczki to wystpi midzy nimi przyciganie elektryczne, a gdy zbliymy je jeszcze bardziej to bd si one odpychay. Istnieje wic takie pooenie w którym dane siy si równowa, a energia ich oddziaywania osiga minimum. Oddziaywanie Van der Waalsa mona zapisa równaniem 0x01 graphic
gdzie:

r - odlego midzy czsteczkami

A i B - s pewnymi staymi

F - siy oddziaywania midzy czsteczkami

W odlegoci r0 wystpuje stan równowagi, w którym energia potencjalna osiga minimum, a sia F=0.

Wypadkowa sia Van der Waalsa dziaajca na czsteczki wewntrz cieczy równoway si i wynosi zero. Natomiast rozkad si na powierzchni cieczy jest inny. Poniewa siy kohezji w powietrzu s o wiele mniejsze ni w cieczy, wypadkowa sia Van der Waalsa na powierzchni cieczy jest skierowana w gb cieczy. Skutkiem tego jest kurczenie si powierzchni (przyjmowanie takiego ksztatu w którym stosunek powierzchni do objtoci jest najmniejszy czyli kuli). Napiciem powierzchniowym 0x01 graphic
nazywamy si styczn do powierzchni cieczy, dziaajc na jednostk dugoci obrzea powierzchni cieczy. Wymiarem napicia powierzchniowego jest J/m2 lub N/m.

Na granicy cieczy, gazu i ciaa staego wystpuje zakrzywienie powierzchni cieczy, zwane meniskiem. Jest on wynikiem rozkadu si, jakie dziaaj na czsteczki w pobliu trzech faz: cieczy, gazu i ciaa staego. Jeeli wypadkowa tych si jest skierowana w dó i w kierunku cieczy, to obserwujemy menisk wypuky. Jeeli natomiast sia ta bdzie skierowana w stron ciaa staego to obserwujemy menisk wklsy.

Pod zakrzywion powierzchni wystpuje dodatkowe cinienie okrelone wzorem (wg. Laplace'a) : 0x01 graphic
gdzie: R1 i R2 s promieniami krzywizn prostopadych wzgldem siebie przekrojów normalnych.

Napicie powierzchniowe w znacznym stopniu zaley od temperatury oraz od fazy z któr styka si ciecz ( na ogó napicie powierzchniowe maleje liniowo wraz ze wzrostem temperatury).

ZASADA POMIARU:

Pomiar napicia powierzchniowego metod odrywania polega na pomiarze siy potrzebnej na wycignicie metalowej pytki z cieczy. Po midzy pytk która jest dobrze zwilana przez badan ciecz a ta ciecz wystpuj dostatecznie due siy adhezji aby mona byo je zmierzy. Zwizek miedzy si pochodzc od napicia powierzchniowego Fn a ciarem pytki Q i si odrywania jest nastpujcy: Fn=F-Q Fn=20x01 graphic
(l+d)cos0x01 graphic
gdzie:

0x01 graphic
- napicie powierzchniowe

l - dugo zanurzonej czci pytki w momencie odrywania

d - grubo pytki

0x01 graphic
- kt miedzy powierzchni pytki i paszczyzn styczn do powierzchni cieczy

W przypadku cieczy zwilajcej metal, na skutek dziaania si adhezji, czsteczki przylegaj do metalu i kt 0x01 graphic
jest w przyblieniu równy zero, a cos0x01 graphic
=1.

Do pomiaru siy Q i F uyjemy wagi torsyjnej, która pozwala w dokadny pomiar siy oderwania pytki od powierzchni cieczy. Wag tak przed przystpienie do pomiaru naley wypoziomowa oraz wyzerowa. Dowiadczenie przeprowadzimy dla dwóch rónych pytek: mosinej i aluminiowej, oraz dla dwóch rónych cieczy: wody destylowanej i denaturatu.

WYNIKI POMIARÓW:

Pytka mosina: l=19,4 mm = 0,194 m d=0,2 mm = 0,0002 m

Pytka aluminiowa: l=20 mm = 0,02 m d=0,5 mm = 0,0005 m

Temperatura cieczy: T=21oC

Pomiar ciaru pytki Q [mg]:

Zamiana masy na si: F=mg gdzie: m - masa ciaa g - przyspieszenie ziemskie

g = 9,81 m/s2 [1N=1kg*m/s2]

Qs - warto rednia

pytka aluminiowa

pytka mosina

mg

N

mg

N

Q1

313

0,003070

430

0,004218

Q2

312

0,003060

432

0,004237

Q3

314

0,003080

432

0,004237

Q4

313

0,003070

430

0,004218

Q5

313

0,003070

430

0,004218

Qs

313

0,003070

430,8

0,0042261

Pomiar siy oderwania F [mg]:

pytka mosina

pytka aluminiowa

woda destylowana

denaturat

woda destylowana

denaturat

mg

N [10-3]

mg

N [10-3]

mg

N [10-3]

mg

N [10-3]

F1

672

6,59230

520

5,10120

596

5,8467

892

8,75052

F2

662

6,49422

522

5,12082

596

5,8467

892

8,75052

F3

668

6,55308

521

5,11101

590

5,7879

894

8,77014

F4

670

6,57270

522

5,12082

580

5,6898

890

8,73090

F5

672

6,59230

522

5,12082

598

5,8663

894

8,77014

F6

668

6,55308

522

5,12082

590

5,8467

892

8,75052

F7

670

6,57270

520

5,10120

586

5,7484

894

8,77014

F8

668

6,55308

523

5,13063

596

5,8467

893

8,76033

F9

668

6,55308

522

5,12082

592

5,8075

894

8,77014

F10

672

6,59230

520

5,10120

592

5,8075

894

8,77014

Fs

669

6,56289

521,4

5,11493

591,6

5,8035

892,9

8,75934

Obliczenia:

Obliczanie wartoci napicia powierzchniowego z zalenoci Fn=F-Q Fn=20x01 graphic
(l+d)cos0x01 graphic
a po przeksztaceniu:

0x01 graphic
zakadajc e kt 0x01 graphic
=0.

0x01 graphic
= 0x01 graphic
= 0,059609 N/m - dla pytki mosinej i wody destylowanej

0x01 graphic
= 0,0257385 N/m - dla pytki mosinej i denaturatu

0x01 graphic
= 0,0666707 N/m - dla pytki aluminiowej i wody destylowanej

0x01 graphic
= 0,0275302 N/m - dla pytki aluminiowej i denaturatu

Ocena bdów:

Wielkociami mierzonymi s : F, Q, l, i d. S one obarczone pewnymi bdami i dla tego do poprawnego zapisu wyników dowiadczenia (czyli 0x01 graphic
) naley obliczy bd bezwzgldny 0x01 graphic
. Do obliczenia bdów wyników zoonych skorzystam z róniczki zupenej. rednie wartoci Fs i Qs s rednimi arytmetycznymi wartoci mierzonej wielkoci, natomiast bdy bezwzgldne 0x01 graphic
Fs i 0x01 graphic
Qs wpierw jako modu rónicy redniej wartoci Fs (Qs) i wyniku poszczególnego pomiaru F (Q) a bd kocowy jako wynik metody Studenta-Fishera.

0x01 graphic
F = Fs - F [N]

0x01 graphic
 [N]

tn 0x01 graphic
 = 2,1 - wspóczynnik S-Fishera dla piciu pomiarów z poziomem ufnoci 90%

t n 0x01 graphic
 = 1,5 - dla dziesiciu pomiarów z poziomem ufnoci 90%

pytka aluminiowa

pytka mosina

0x01 graphic
Q1

3,924 10-6

3,924 10-6

0x01 graphic
Q2

5,886 10-6

5,886 10-6

0x01 graphic
Q3

5,886 10-6

3,924 10-6

0x01 graphic
Q4

3,924 10-6

3,924 10-6

0x01 graphic
Q5

3,924 10-6

5,886 10-6

0x01 graphic
Qs

5,04618 10-6

5,04618 10-6

pytka mosina

pytka aluminiowa

woda destylow.

denaturat

woda destylow.

denaturat

0x01 graphic
F1

59,85 10-6

13,73 10-6

18,64 10-6

8,820 10-6

0x01 graphic
F2

9,900 10-6

5,890 10-6

38,26 10-6

8,820 10-6

0x01 graphic
F3

9,900 10-6

3,920 10-6

18,64 10-6

10,80 10-6

0x01 graphic
F4

18,63 10-6

5,890 10-6

79,46 10-6

59,84 10-6

0x01 graphic
F5

20,61 10-6

5,890 10-6

20,60 10-6

10,80 10-6

0x01 graphic
F6

33,13 10-6

5,890 10-6

20,60 10-6

8,820 10-6

0x01 graphic
F7

9,900 10-6

13,73 10-6

59,84 10-6

10,80 10-6

0x01 graphic
F8

20,61 10-6

15,70 10-6

38,26 10-6

0,990 10-6

0x01 graphic
F9

40,23 10-6

5,890 10-6

77,50 10-6

10,80 10-6

0x01 graphic
F10

9,900 10-6

13,73 10-6

10,79 10-6

10,80 10-6

0x01 graphic
Fs

14,041 10-6

5,002 10-6

22,6322 10-6

10,486 10-6

0x01 graphic
[N/m] wzór róniczki zupenej na okrelenie bdu bezwzgldnego napici powierzchniowego

Po podstawieni odpowiednich wartoci podanych powyej otrzymujemy:

0x01 graphic
= 33,3337 10-6 [N/m] dla pytki mosinej i wody destylowanej

0x01 graphic
= 133,812 10-6 [N/m] dla pytki mosinej i denaturatu

0x01 graphic
= 298,121 10-6 [N/m] dla pytki aluminiowej o wody destylowanej

0x01 graphic
= 16,2353 10-6 [N/m] dla pytki aluminiowej i denaturatu

Zestawienie wyników:

0x01 graphic
= 59,609 10-3 0x01 graphic
= 0,0333337 10-3

0x01 graphic
= ( 59,61 0x01 graphic
0,04 ) 10-3 [N/m] dla pytki mosinej i wody destylowanej

0x01 graphic
= 25,7385 10-3 0x01 graphic
= 0,133812 10-3

0x01 graphic
= ( 25,74 0x01 graphic
0,14 ) 10-3 [N/m] dla pytki mosinej i denaturatu

0x01 graphic
= 66,6707 10-3 0x01 graphic
= 0,298121 10-3

0x01 graphic
= ( 66,67 0x01 graphic
0,30 ) 10-3 [N/m] dla pytki aluminiowej i wody destylowanej

0x01 graphic
= 27,5302 10-3 0x01 graphic
= 0,0162353 10-3

0x01 graphic
= ( 27,53 0x01 graphic
0,02 ) 10-3 [N/m] dla pytki aluminiowej i denaturatu

UWAGA:

Pomiary byy prowadzone dla cieczy o temperaturze T=21oC 0x01 graphic
1oC, na granicy trzech faz: pytki mosinej (aluminiowej), cieczy oraz powietrza.

WNIOSKI:

Powysze dowiadczenie miao na celu pomiar napicia powierzchniowego metod odrywania pytki aluminiowej (mosinej) od powierzchni cieczy. Oczywicie istniej jeszcze inne metody pomiaru np.: za pomoc kapilary, stalagmometru lub metody pcherzykowej. Porównujc wyniki tego dowiadczenia z danymi zawartymi w odpowiednich tabelach (waciwoci fizyczne wody destylowanej), stwierdzam e s to wyniki poprawne, cho nieco rónice si od danych zawartych w tabeli. Rónice te najprawdopodobniej wynikaj z samej metody pomiaru która nie jest zbyt prosta do wykonania ( w wadze torsyjnej trudno byo dokadnie okreli moment przed samym oderwaniem si pytki od powierzchni wody).


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
2172
2172
2172

więcej podobnych podstron