WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa C04J mgr inż. Leszek Kubiak
stopień i nazwisko

prowadzącego

GOLONKA Marcin

( imię i nazwisko słuchacza)

ocena końcowa ocena przygot.

do ćwiczenia

SPRAWOZDANIE

Z

PRACY LABORATORYJNEJ Nr 9

Temat: Wyznaczanie napięcia powierzchniowego za pomocą kapilary

1. Wstęp teoretyczny.
   

Efekt podnoszenia się poziomu cieczy w kapilarze związany jest ze zjawiskiem menisku wklęsłego powstającego w przypadku, gdy wypadkowa siła działająca na cząsteczkę cieczy znajdującą się przy ściance naczynia zwrócona jest na zewnątrz, to znaczy odziaływania między cząsteczkami cieczy i naczynia są większe niż między cząsteczkami samej cieczy.

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:

po uwzględnieniu R1=R2=r oraz porównaniu z równaniem na ciśnienie hydrostatyczne otrzymujemy ostatecznie wzór na współczynnik napięcia powierzchniowego

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. Lunetkę ustawiamy tak aby dolny menisk cieczy znalazł się na przecięciu skrzyżowanych nici. Na cylindrze do którego przymocowana jest lunetka znajduje się skala noniusza która pozwala odczytać wysokość z dokładnością do 0,05 mm

2. Wyniki pomiarów.
   
   
   

	hk [cm]	hc[cm]	h [cm]	h śr. [cm]
woda	40,62	36,82	3,8	3,846
		40,63	36,72		3,91
		40,715	36,79		3,925
		40,555	36,83		3,725
		40,625	36,755		3,87
	benzen	38,325	36,69		1,635	1,703
		38,265	36,17		2,095
		38,31	36,715		1,595
		38,31	36,695		1,615
		38,265	36,69		1,575
	toluen	38,695	37,15		1,545	1,617
		38,635	37,01		1,625
		38,72	37,115		1,605
		38,74	37,06		1,68
		38,75	37,12		1,63


Gęstość wody = 0.9982
,
Gęstość benzenu = 0,8790
,
Gęstość toluenu = 0,8668

średnica kapilary = 0,50
0.01 mm , poziom ufności = 0.95

3. Obliczenia


Wyznaczamy wartość średniej arytmetycznej h_śr z wykonanych pomiarów. Następnie ze wzoru :
, gdzie
r - promień kapilary
h_śr - zmierzona wysokość
d - gęstość cieczy
g - przyspieszenie ziemskie
θ - kąt graniczny (przyjmujemy, że θ=0, stąd cosθ=1)
Następnie liczymy odchylenie standardowe wysokości
oraz odchylenie standardowe współczynnika napięcia powierzchniowego pośrednio z wzoru
, gdzie zamiast h wprowadzam wyliczone odchylenie wysokości. Na koniec obliczam przedział ufności dla p=0,95.



	hk [cm]	hc[cm]	h [cm]	h śr. [cm]	wsp. Nap. Pow.	σhs	σwsp.	∆δ	gęstość [g/cm^3]
woda	40,62	36,82	3,8	3,8460	0,0471	0,0832	0,0010	0,0020	0,9982
		40,63	36,72							3,91
		40,715	36,79							3,925
		40,555	36,83							3,725
		40,625	36,755							3,87
	benzen	38,325	36,69							1,635	1,7030	0,0183	0,2203	0,0024	0,0047	0,8790
		38,265	36,17							2,095
		38,31	36,715							1,595
		38,31	36,695							1,615
		38,265	36,69							1,575
	toluen	38,695	37,15							1,545	1,6170	0,0172	0,0488	0,0005	0,0010	0,8668
		38,635	37,01							1,625
		38,72	37,115							1,605
		38,74	37,06							1,68
		38,75	37,12							1,63





4. Wnioski


Celem doświadczenia było wyznaczenie współczynnika napięcia powierzchniowego. Na wynik pomiarów ma wpływ jedynie błąd pomiaru wysokości słupa cieczy, jest to błąd przypadkowy. Jednak w tym przypadku występuje także błąd systematyczny wynikający ze złego stanu technicznego katetometru (brak stabilności). Ze względu na dużą dokładność pomiarów dokonywanych przy pomocy katetometru, końcowy błąd obliczenia wartości współczynnika napięcia powierzchniowego jest więc obarczony znikomym błędem przypadkowym, jednak w moim przypadku jest on rzędu maksymalnie 12%. Ewentualne rozbieżności mogły również powstać w związku z utratą przez badane substancje, ich wzorcowych własności, a więc zmianą właściwości fizycznych.

Otrzymane przeze mnie wyniki to:

• Współczynnik dla wody - 0,0471
  

• Współczynnik dla benzenu - 0,0183
  

• Współczynnik dla toluenu - 0,0172
  

Wyniki te nie pokrywają się z wartościami tablicowymi, wynika to z wyżej popełnionych błędów.


---