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/m^3	Kg/m^3	N/m