1. Teoria
Napięcie powierzchniowe jest to zjawisko fizyczne polegające na tym, że cząsteczki na powierzchni są przyciągane przez cząsteczki wewnątrz cieczy siłą (skierowaną w głąb cieczy i prostopadłą do powierzchni), która równoważy niekompensujące się siły międzycząsteczkowe cząsteczek na powierzchni. To sprawia, że warstwa powierzchniowa wywiera na ciecz wielkie ciśnienie wewn.
ś
ń
ż
ś
Z do
wiadcze
wiadomo,
e swobodna powierzchnia cieczy przy ciankach
ół
ą
ę
ę
naczynia jest na og
zakrzywiona. T
powierzchni
nazywa si
meniskiem.
ę
ł
ą
Wyst
powanie menisku jest spowodowane oddzia ywaniami cz steczek naczynia i
ą
ą
ę
ż
ł
cz
steczek cieczy znajduj
cych si
w jego pobli
u. Si a wypadkowa tych
ł
ń
ż
oddzia ywa
sprawia,
e zakrzywiona warstwa powierzchniowa wywiera na ciecz ś
ą
ę
ę
ś
pewne ci
nienie Pk, dodaj
ce si
do zewn
trznego ci
nienia Patm.
Efekt podnoszenia się poziomu cieczy w kapilarze związany jest ze zjawiskiem menisku wklęsłego powstającego w przypadku, gdy oddziaływania między cząsteczkami cieczy i naczynia są większe niż między cząsteczkami samej cieczy. Wtedy ś
dodatkowe ci
nienie Pk jest skierowane ku gorze.
W doświadczeniu wykorzystano rurki kapilarne oraz ciecze, dla których można przyjąć, iż menisk ma kształt kulisty, wówczas równanie Laplace’a na ciśnienie wytwarzane przez menisk z postaci:
1
1
p
σ
k =
+
R
R
1
2
po uwzględnieniu R1=R2=r oraz porównaniu z równaniem na ciśnienie hydrostatyczne otrzymujemy ostatecznie wzór na współczynnik napięcia powierzchniowego rρ gh
σ =
2 cosθ
2. Cel ćwiczenia
3. Opis układu pomiarowego Układ pomiarowy to: trzy naczynia napełnione badanymi cieczami do których wstawiono pionowe kapilary. Każde z naczyń ustawiamy na stoliczku z regulowaną wysokością. Wysokości cieczy w kapilarach i naczyniach mierzyliśmy katetometrem. Składa się on z masywnego pionowego pręta ze śrubą regulującą wysokość lunetki oraz skalą milimetrową.
________________________________________________________________________
WNIOSKI
1. Cel ćwiczenia, którym było wyznaczenie wartości współczynnika napięcia powierzchniowego został osiągnięty, gdyż otrzymano wyniki z akceptowalną dokładnością.
2. Na wynik pomiaru miał wpływ jedynie błąd pomiaru wysokości słupa cieczy, a więc błąd przypadkowy. Możliwe są też błędy związane z utratą przez badane substancje ich wzorcowych własności fizycznych.
3. Przy porównaniu wartości otrzymanych z wartościami teoretycznymi wynoszącymi odpowiednio:
•
Dla cieczy 1 – 2,84 * 10^-2
•
Dla cieczy 2 – 4,47 * 10^-2
•
Dla cieczy 3 - 6,40 * 10^-2
Okazuje się, że nie pokrywają się one ze sobą. W przypadku dwóch pierwszych cieczy są to wartości zbliżone do tablicowych, a w przypadku cieczy 3 wartość zmierzona jest około 2-krotnie mniejsza od tablicowej. Wynikać to może z błędów wymienionych w pkt 2.