WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
LABORATORIUM FIZYCZNE
Grupa szkoleniowa C-24
Podgrupa 3
stopie i nazwisko
prowadzĄcego ąwiczenia
st.szer.pchor. Bartosz Jasiul
(stopie, nazwisko i imi suchacza)
ocena przygot. ocena kocowa
do ąwiczenia
SPRAWOZDANIE
Z
PRACY LABORATORYJNEJ NR 9
Wyznaczanie napicia powierzchniowego za pomocĄ kapilary.
(temat pracy)
1. Cel ąwiczenia.
Celem ąwiczenia jest wyznaczenie wspóczynnika napicia po-
wierzchniowego trzech cieczy: wody, toluenu i benzenu .
2. Wstp teoretyczny.
rednie odlegoŚci czĄsteczek sĄ w cieczach o wiele mniejsze
ni w gazach. Z tego powodu siy wzajemnego ich oddziaywania
odgrywajĄ o wiele wikszĄ rol. Gboko wewnĄtrz cieczy siy
dziaajĄce na czĄsteczk, zwane siami van der Waalsa, równowaĄ
si, natomiast w warstwie powierzchniowej ich suma geometryczna
jest róna od zera.
WartoŚą liczbowa wspóczynnika napiciowego cieczy jest równa
sile f dziaajĄcej na jednostk dugoŚci obwodu l ogranicza-
jĄcego powierzchni cieczy.
f
s =
2l
JednostkĄ napicia powierzchniowego w/g ukadu SI jest N/m.
Wspóczynnik napicia powierzchniowego zaley od skadu chemi-
cznego cieczy i od jej temperatury.
L = s DS
Zmiana swobodnej energii warstwy powierzchniowej cieczy jest
równa iloczynowi wspóczynnika s i zmiany pola powierzchni DS.
WartoŚą liczbowa wspóczynnika napiciowego cieczy równa si
równie swobodnej energii warstwy powierzchniowej, której pole
jest równe jednoŚci, a jego jednostkĄ w ukadzie SI jest [J/m2].
Swobodna powierzchnia cieczy przy Ściankach naczynia jest na
ogó zakrzywiona. Dziki dziaaniu si napicia powierzchniowego
zakrzywiona warstwa powierzchniowa wywiera na ciecz pewne
ciŚnienie pk, dodajĄce si do zewntrznego ciŚnienia patm.
Pierre Laplace wyprowadzi nastpujĄcĄ zalenoŚą midzy
ciŚnieniem pk a geometriĄ powierzchni cieczy:
ł 1 1 ł
pk = s ł + ł
ł R1 R2 ł
gdzie R1 i R2 oznaczajĄ promienie krzywizn dwóch dowolnych,
ale wzajemnie prostopadych przekrojów normalnych w danym
punkcie cieczy.
Dla kapilary o maym przekroju r ( jak w tym doŚwiadczeniu ),
powierzchnia cieczy jest kulista, przy czym jej promie
r
R =
cos Q
Dla cieczy z meniskiem wklsym ciŚnienie pk jest równowaone
ciŚnieniem hydrostatycznym supa cieczy w kapilarze
pk = r g h
gdzie r - gstoŚą cieczy,
g - wysokoŚą supa cieczy w kapilarze mierzona od poziomu
cieczy w nzczyniu,
h - przyspieszenie ziemskie.
ZestawiajĄc poprzednie wzory mona wyznaczyą wartoŚą wspóczyn-
nika napicia powierzchniowego cieczy badajĄc efekt kapilarny:
r h r g
s =
2 cos Q
W ąwiczeniu tym zachodzi tzw. zwilanie doskonae, tzn. kĄt
graniczny jest bliski zeru. Kocowy wzór przybiera postaą:
r h r g
s =
2
3. Ukad pomiarowy.
W skad ukadu pomiarowego wchodzĄ trzy naczynia wypenione
badanymi cieczami. Do kadej z nich wstawiona jest pionowa kapi-
lara. Naczynie z badanĄ cieczĄ ustawia si na stoliczku. Do po-
miaru wysokoŚci supa cieczy suy katetometr - przyrzĄd do wy-
znaczania pionowych odlegoŚci midzy punktami. Skada si on z
masywnego prta umocowanego na trójnogu z zaznaczonĄ podziakĄ
milimetrowĄ oraz lunetki przymocowanej do cylindra katetometru.
Cylinder wraz z lunetkĄ mona z atwoŚciĄ przesuwaą wzdu prta
i mocowaą za pomocĄ Śruby w wybranym miejscu. Pooenie lunetki
wzgldem prta mona odczytywaą z dokadnoŚciĄ do 0,05 mm dziki
skali noniusza umieszczonej wzdu wycicia.
4. Przebieg pomiarów.
Dla kadej z badanych cieczy naley wykonaą co najmniej pią
pomiarów wysokoŚci supa cieczy w kapilarze. W tym celu punkt
przecicia nici w lunetce naley nastawią na wybrane poziomy -
dolny menisk cieczy w kapilarze i dolny menisk cieczy w naczy-
niu.
5. Tabela pomiarów.
ż
ł ł benzen ł toluen ł woda ł
łLp. Ĵ
ł ł h0[mm] ł hk[mm] ł h0[mm] ł hk[mm] ł h0[mm] ł hk[mm] ł
Ĵ
ł ł ł ł ł ł ł ł
ł 1. ł 260 ł 292,35 ł 226,2 ł 251,1 ł 241,8 ł 279,55 ł
ł 2. ł 260,25 ł 292,5 ł 226,45 ł 250,8 ł 241,3 ł 279,15 ł
ł 3. ł 260,3 ł 292,55 ł 226,75 ł 251,55 ł 241,9 ł 280,15 ł
ł 4. ł 260,2 ł 292,4 ł 226,4 ł 251 ł 241,7 ł 279,7 ł
ł 5. ł 260 ł 292,5 ł 226,5 ł 251 ł 242,3 ł 280 ł
ł 6. ł 260,05 ł 292,5 ł 225,9 ł 251,25 ł 241,75 ł 279,55 ł
ł 7. ł 260,4 ł 292,65 ł 226,3 ł 251 ł 241,7 ł 279,4 ł
ł 8. ł 260,3 ł 292,4 ł 226,25 ł 250,7 ł 241,15 ł 279,2 ł
ł 9. ł 260,25 ł 292,6 ł 226,7 ł 250,9 ł 241,2 ł 279,15 ł
ł10. ł 260,4 ł 292,55 ł 225,85 ł 250,8 ł 241,25 ł 279,35 ł
ł ł ł ł ł ł ł ł
ĄŁ
6. Opracowanie wynoków pomiarów.
wyznaczenie wartoŚci Średniej arytmetycznej hŚr:
ż
ł ł benzen ł toluen ł woda ł
łLp. Ĵ
ł ł h [mm] ł h [mm] ł h [mm] ł
Ĵ
ł ł ł ł ł
ł 1. ł 32,35 ł 24,9 ł 37,75 ł
ł 2. ł 32,25 ł 24,35 ł 37,85 ł
ł 3. ł 32,25 ł 24,8 ł 38,25 ł
ł 4. ł 32,2 ł 24,6 ł 38,0 ł
ł 5. ł 32,5 ł 24,5 ł 37,7 ł
ł 6. ł 32,45 ł 24,35 ł 37,8 ł
ł 7. ł 32,25 ł 24,7 ł 37,7 ł
ł 8. ł 32,1 ł 24,45 ł 38,05 ł
ł 9. ł 32,35 ł 24,2 ł 37,95 ł
ł10. ł 32,15 ł 24,95 ł 38,15 ł
ł ł ł ł ł
ĄŁ
ż
ł ł ł ł ł
ł ł benzen ł toluen ł woda ł
ł ł ł ł ł
łLp. Ĵ
ł ł ł ł ł
ł ł hŚr[mm] ł hŚr[mm] ł hŚr[mm] ł
ł ł ł ł ł
Ĵ
ł ł ł ł ł
ł 1. ł 32,285 ł 24,58 ł 37,92 ł
ł ł ł ł ł
ĄŁ
wyznaczenie wspóczynnika napicia powierzchniowego:
Korzystamy ze wzoru:
ż
r h r g ł m m kg m kg m 1 N ł
s = ł = = ł
2 ł m3 s2 s2 m m ł
Ą Ł
PamitajĄc o zaoeniu, e Q ą 0 ł , wzór przybiera
postaą:
PrzyjmujĄc wartoŚci tablicowe:
rbenzen = 0,8790 g/cm3 = 879 kg/m3
rtoluen = 0,8668 g/cm3 = 866,8 kg/m3
rwoda = 0,99823 g/cm3 = 998,23 kg/m3
WiedzĄc, e promienie kapilar dla cieczy wynoszĄ :
rbenzen = 0,1 mm = 0,0001 m
rtoluen = 0,1 mm = 0,0001 m
rwoda = 0,5 mm = 0,0005 m
Natomiast Średnie wysokoŚci supków cieczy w kapilarze :
hŚr benzen = 32,285 mm = 0,032285 m
hŚr toluen = 24,58 mm = 0,02458 m
hŚr woda = 37,92 mm = 0,03792 m
Wyliczenia wspóczynnika napicia powierzchniowego :
0,0001 0,032285 879 9,81
sbenzen =
2
0,0001 0,02458 866,8 9,81
stoluen =
2
0,0005 0,03792 998,23 9,81
swoda =
2
sbenzen = 0,0139 N/m
stoluen = 0,0104 N/m
swoda = 0,0928 N/m
dyskusja bdu:
Zakadamy, e tylko wielkoŚą hŚr jest obarczona bdem
i jest on przypadkowy.
Wykorzystujemy wzór na odchylenie standardowe :
ż
ł 1 n
s = ł S (xn- x)2
ą n-1 i=1
W naszym przypadku wzór na Średni bĄd kwadratowy wyglĄda
nastpujĄco:
ż
ł 1 n
s = ł S (hn- hŚr)2
ą n-1 i=1
Wyliczenie Średniego bdu kwadratowego sŚr wartoŚci
Średniej hŚr:
- dla benzenu:
sŚr benzen= 1,270 10-4 m
- dla toluenu:
sŚr toluen = 2,218 10-4 m
- dla wody:
sŚr woda = 1,918 10-4 m
Wyliczenie Średniego bdu kwadratowego na wspóczynniku
napicia powierzchniowego:
ż
ł ż2 ł
ł ł r sŚr r g ł
s = ł ł ł
ł ł 2 ł
ą Ą Ł
- dla benzenu:
sŚr benzen= 5,477 10-5 m
- dla toluenu:
sŚr toluen = 9,429 10-5 m
- dla wody:
sŚr woda = 4,695 10-4 m
obliczenie przedziau ufnoŚci Ds dla podanego poziomu
ufnoŚci:
Przeprowadz obliczenia dla poziomu ufnoŚci p = 0.8
Wspóczynnik kp dla tego poziomu wynosi 1,282.
Przedzia ufnoŚci liczymy ze wzoru:
Ds = kp s
- dla benzenu:
Ds = 7,0219 10-5 N/m
- dla toluenu:
Ds = 1,209 10-4 N/m
- dla wody:
Ds = 6,019 10-4 N/m
7. Wnioski.
W wyniku oblicze otrzymaliŚmy nastpujĄce wartoŚci napicia
powierzchniowego:
sbenzen = 0,0139 N/m
stoluen = 0,0104 N/m
swoda = 0,0928 N/m
WartoŚci tablicowe napicia powierzchniowego badanych cieczy :
- benzenu : sT benzen = 0,0292 N/m
- toluenu : sT toluen = 0,0193 N/m
- wody : sT woda = 0,0727 N/m
BĄd wzgldny wyliczymy ze wzoru :
Ds
ds = 100 %
sT woda
Ds = s - sT
WartoŚci bdu bezwzgldnego dla badanych cieczy :
WartoŚci tablicowa napicia powierzchniowego badanych cieczy :
- benzenu : 52,4 %
- toluen : 46,1 %
- woda : 27,6 %
Otrzymane wyniki sĄ zblione do wartoŚci tablicowych. Na bdy
duy wpyw mia pomiar wartoŚci Średniej odlegoŚci menisku cie-
czy w kapilarze od jej powierzchni w menzurce. Spowodowane byo
to mao stabilnĄ lunetĄ umieszczonĄ na stojaku. Otrzymany nieco
wikszy wynik napicia powierzchniowego mona wytumaczyą
zanieczyszczeniami cieczy. NaturalnĄ konsekwencjĄ zanieczyszcze-
nia jest tzw. twardoŚą. Skutkiem tego jest zwikszenie napicia
powierzchniowego cieczy.
Wpyw na odchyki mia równie pomiar temperatury panujĄcej w
laboratorium. Uyte stae, takie jak gstoŚą wody czy wartoŚą
tablicowa napicia powierzchniowego wzite zostay dla tempera-
tury 20łC.
Zauwayą mona równie, e wartoŚą wspóczynnika jest wi-
ksza dla cieczy o wikszej gstoŚci.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
pref 09amd102 io pl092002 09 Creating Virtual Worlds with Pov Ray and the Right Front EndAnaliza?N Ocena dzialan na rzecz?zpieczenstwa energetycznego dostawy gazu listopad 092003 09 Genialne schematy09 islamGM Kalendarz 09 hum06 11 09 (28)453 09więcej podobnych podstron