Kamil Dobrzyń
Biotechnologia I Gr.1 para 3
Ćw. Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego stalagmometrem i metodą rurek włosowatych.
Napięcie powierzchniowe jest jednym ze zjawisk występujących na granicy faz: ciekłej i gazowej.
Pod pojęciem granicy faz rozumiemy przestrzeń, w której właściwości substancji są odmienne niż w jej wnętrzu fazy zarówno ciekłej jak i gazowej. Dzieje się tak, dlatego, że na powierzchni granicznej, w warstwie kontaktowej między dwoma fazami każda cząsteczka oddziałuje zarówno z cząsteczkami swojej fazy jak i fazy przeciwnej. Powoduje to różną od zera wypadkową siłę tych oddziaływań skierowaną do wnętrza jednej z faz. Np. na granicy między wodą a parą siła ta skierowana jest do wnętrza cieczy. Jeżeli rozpatrujemy cząsteczkę znajdującą się wewnątrz fazy, siły międzycząsteczkowe równoważą się. Powierzchnia graniczna znajduje się więc w innej sytuacji energetycznej niż reszta cieczy, ma powierzchniową energię potencjalną E i zachowuje się podobnie jak błonka sprężysta. Zwiększenie pola powierzchni tej błony wiąże się z wprowadzeniem do warstwy powierzchniowej pewnej liczby cząstek z wnętrza cieczy.
Praca W wykonana przy rozciąganiu błony równa jest przyrostowi energii powierzchniowej i proporcjonalna do przyrostu pola powierzchni rozciąganej błony:
; gdzie:
- jest współczynnikiem napięcia powierzchniowego równy pracy, jaką należy wykonać, aby powiększyć powierzchnię swobodną cieczy o wartość jednostkową lub jest równa przyrostowi energii powierzchniowej przy zwiększaniu powierzchni o wartość jednostkową:
Siłami napięcia powierzchniowego nazywamy siły dążące do zmniejszenia pola powierzchni błony.
Stosunek wypadkowej sił napięcia do długości odcinka, wzdłuż którego s one zaczepione nazywamy współczynnikiem napięcia powierzchniowego.
Ciecz może zwilżać powierzchnię ciała stałego, jeżeli siły działające między cząsteczkami cieczy i ciała stałego są mniejsze niż siły międzycząsteczkowe cieczy.
Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego metodą rurek włosowatych polega na pomiarze różnicy poziomów cieczy h w kapilarze i naczyniu szerokim.
W kapilarze o promieniu r zanurzonej w cieczy zwilżającej powierzchnia utworzy menisk wklęsły o promieniu R. Niedobór ciśnienia
w stosunku do ciśnienia pod płaską powierzchnią cieczy w naczyniu szerokim spowoduje, ze ciecz w kapilarze podniesie się na taką wysokość h, przy której ciśnienie
zrównoważy się ciśnieniem hydrostatycznym słupkiem cieczy:
; gdzie:
r- promień kapilary
h- wys., na jaką wzniesie się ciecz
- gęstość cieczy
g- przyspieszenie ziemskie
Pomiar |
h |
hśr |
|
r |
|
|
m |
m |
Kg/m3 |
m |
N/m |
|
|
|
|
|
|
Stalagmometr:
Kropla odrywa się od stalagmometru, gdy jej ciężar P zrównoważy wypadkową sił napięcia powierzchniowego F zaczepionych wzdłuż obwodu koła o promieniu r:
Ciężar P kropli otrzymamy, dzieląc ciężar cieczy o objętości V przez liczbę kropli n tworzących się z tej objętości.
ciężar właściwy cieczy
Z warunku równości F i P otrzymujemy:
Względny współczynnik napięcia powierzchniowego:
;
- współczynnik napięcia cieczy wzorcowej
; gdzie:
n0- liczba kropel cieczy wzorcowej w objętości V
Zatem:
Pomiar |
n |
nśr |
|
|
|
|
|
|
|
N/m |
Kg/m3 |
Kg/m3 |
N/m |
|
|
|
|
|
|
|