Wydział CHEMICZNY	Laboratorium podstaw fizyki sprawozdanie POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO	Data
Numer indeksu 162768	Imię i nazwisko Wirginia Woroniecka	Ocena

1. Wstęp teoretyczny.

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodynamicznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym .

Miarą napięcia powierzchniowego jest praca, jaką trzeba wykonać, by utworzyć jednostkową powierzchnię cieczy, co można wyrazić wzorem:

(jednostką w SI J/m²).

gdzie:

• γ (używa się też oznaczenia σ) - napięcie powierzchniowe,

• W - praca potrzebna do utworzenia powierzchni A,

• A - pole powierzchni.

Powyższy wzór jest równoważny:

(jednostką w SI N/m = J/m²).

gdzie:

• F - siła napięcia powierzchniowego działająca równolegle do powierzchni cieczy, dążąca do zmniejszenia powierzchni cieczy,

• l - długość odcinka na której działa siła.

Wzór ten odpowiada definicji napięcia powierzchniowego: Napięciem powierzchniowym γ nazywa się siłę styczną do powierzchni cieczy, działającą na jednostkę długości obrzeża powierzchni cieczy.

Napięcie powierzchniowe silnie zależy od temperatury cieczy zmniejszając się wraz ze wzrostem temperatury i ginąc (osiągając zero) w temperaturze krytycznej lub kilka stopni poniżej niej.

Opracowano wiele metod pomiaru, z czego praktyczne znaczenie mają:

• Metody kapilarne- polegają na pomiarze wysokości wzniesienia kapilarnego w dwóch rurkach o różnej średnicy lub pomiarze ciśnienia wywołanego w rurce kapilarnej.

• Metody maksymalnego ciśnienia w kroplach lub pęcherzykach - polegają na pomiarze maksymalnego ciśnienia podczas wtłaczania powietrza przez cienką rurkę do cieczy lub podczas tworzenia kropli na rurce.

• Metoda odrywającej się kropli - pomiar masy kapiącej z rurki kropli.

• Metody leżącej lub wiszącej kropli - pomiar wysokości kropli leżącej na powierzchni.

• Metody oderwania wyciąganego pierścienia lub ramki - pomiar siły oderwania pierścienia wyciąganego z cieczy.

Ćwiczenie polegało na wykonaniu pomiaru napięcia powierzchniowego metodą odrywania i metodą kapilary. Pomiary wykonywaliśmy dla wody destylowanej i dla detergentu, którego gęstości niestety nie znaliśmy. Metoda odrywania polegała na mierzeniu, za pomocą wagi torsyjnej, siły potrzebnej to „oderwania” metalowej płytki od powierzchni badanej cieczy. Dla każdej pomiar przeprowadziliśmy dziesięć razy. W drugiej metodzie mierzyliśmy wysokość słupa cieczy w kapilarce, gdy zanurzy się jej końcówkę w badanej cieczy. Również w tutaj dokonaliśmy dziesięciu pomiarów dla każdej cieczy.

2. Wyniki pomiarów.

a) Metoda odrywania

nr	grubość [mm]	długość [mm]
1	0,11	25,50
2	0,12	25,50
3	0,11	25,45
4	0,12	25,50
5	0,12	25,50
6	0,12	25,50
7	0,12	25,50
8	0,11	25,45
9	0,12	25,50
10	0,12	25,50

nr	pomiar [mg]
1	476
2	470
3	470
4	468
5	466
6	464
7	464
8	466
9	462
10	462

nr	pomiar [mm]
1	490
2	490
3	494
4	488
5	490
6	488
7	486
8	490
9	490
10	490

b) Metoda kapilary

nr	woda destylowana [mm]	detergent [mm]
1	10	9
2	9	10
3	8	10
4	7	10
5	8	11
6	9	10
7	8	10
8	8	10
9	8	10
10	10	10

temperatura cieczy: 24'C

3. Opracowanie wyników.

a) Metoda odrywania

wartość napięcia powierzchniowego cieczy:

, gdzie: l-długość płytki

d-grubość płytki

Q-ciężar płytki=318 mg

średnia grubość: 0,12 mm

średnia długość: 25,49 mm

wyznaczenie niepewności pomiaru metodą różniczki zupełnej:

0,2

0,2

0,05

0,05

nr	pomiar	napięcie powierzchniowe	niepewność
1	476	3,08	0,09
2	470	2,97	0,09
3	470	2,97	0,09
4	468	2,93	0,09
5	466	2,89	0,09
6	464	2,85	0,09
7	464	2,85	0,09
8	466	2,89	0,09
9	462	2,81	0,09
10	462	2,81	0,09

wynik:

nr	pomiar	napięcie powierzchniowe	niepewność
1	490	3,36	0,09
2	490	3,36	0,09
3	494	3,44	0,09
4	488	3,32	0,09
5	490	3,36	0,09
6	488	3,32	0,09
7	486	3,28	0,09
8	490	3,36	0,09
9	490	3,36	0,09
10	490	3,36	0,09

wynik:

b) Metoda kapilary

średnia arytmetyczna zmierzonych wysokości słupka cieczy w kapilarze:

Obliczenie wartości napięcia powierzchniowego:

niepewność wyznaczenia napięcia powierzchniowego:

W dalszych obliczeniach pomijam ½ ponieważ w metodzie pochodnej logarytmicznej stałe można pominąć. Zgodnie z instrukcją wartość g również potraktuję jako stałą.

Δρ=0,97

nr	woda destylowana	napięcie powierzchniowe	niepewność
1	10	3,91	0,88
2	9	3,52	0,83
3	8	3,13	0,78
4	7	2,74	0,73
5	8	3,13	0,78
6	9	3,52	0,83
7	8	3,13	0,78
8	8	3,13	0,78
9	8	3,13	0,78
10	10	3,91	0,88
średnia	8,5	3,33	0,81

wynik: 3,33±0,81

4. Wnioski.

Między wynikami z metody kapilary i metody odrywania dla wody widać dużą różnicę w wartościach wyliczonych napięć powierzchniowych. Metoda kapilary jest mniej dokładna niż metoda odrywania co widać bardzo wyraźnie dzięki wyznaczeniu niepewności pomiarów. Bardzo łatwo popełnić błąd przy odczycie wysokości słupa cieczy ze względu na małą średnicę kapilary jak również to, że skala znajdowała się na naczyniu a nie na kapilarze i popatrzenie pod kątem mogło przyczynić się do nieprawidłowych wyników. Natomiast w metodzie odrywania do błędów mogło przyczynić się np. zbyt gwałtowne kręcenie pokrętłem. Ponieważ nie miałam gęstości detergentu, chciałam wyliczyć ją ze wzoru z metody kapilary, ponieważ miałam już jego napięcie powierzchniowe. Intuicyjnie można wywnioskować, że gęstość detergentu powinna być większa od gęstości wody. Tymczasem otrzymałam gęstość o 143,5 niższą niż gęstość wody.

W metodzie odrywania zwróciło moją uwagę to, że dla wody wartość siły w zasadzie malała wraz z kolejnymi pomiarami. Wydaje mi się, że ma to związek z tym, że nie osuszałyśmy płytki po każdym pomiarze i to zakłamywało wynik. Jednak dla detergentu robiłyśmy tak samo a jednak wartości sił dla niego nie przejawiają takiej tendencji, więc możliwe, że takie ułożenie wyników jest przypadkowe.

Biorąc pod uwagę wyniki końcowe dla pomiarów można zauważyć, że są wartości, które nie mieszczą się w granicach wyznaczonych przez średnie i niepewności. Wskazuje to na niezbyt dobrą dokładność naszych pomiarów.

---