skanuj0053

Ćwiczenie 8

Wyznaczanie napięcia powierzchniowego oraz badanie zależności napięcia powierzchniowego od temperatury

k u/.ily z poniższych tematów może stanowić samodzielne ćwiczenie:

A. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego metodą rurek włoskowatych.

II. Pomiar napięcia powierzchniowego metodą stalagmometru.

(I. Badanie zależności napięcia powierzchniowego od temperatury.

A. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego metodą rurek włoskowatych

1. Wprowadzenie

Napięciem powierzchniowym T nazywamy stosunek pracy A W potrzebnej do zwiększenia powierzchni swobodnej o AA, do wielkości AA.

Zgodnie z tą definicją:

A W    J    N

T = — , a jednostką jest 1—- = 1 —.    (1)

AA    rn²    m

Wielkość T można interpretować także w inny sposób. Jeśli swobodna powierzchnia cieczy, którą oznaczymy przez A, jest ograniczona pewnym obwodem (rys. 1), to powiększenie jej można tłumaczyć działaniem siły F stycznej do powierzchni, wywieranej na jednostkę długości obwodu powierzchni swobodnej A, powodującej rozciągnięcie obwodu o Al i na skutek tego umożliwiającej dopływ molekuł cieczy do powierzchni swobodnej. Ponieważ praca wykonana na rozciągnięcie powierzchni swobodnej wynosi:

AW = F -Ar =F-Ar, (bo wektory: siły F i Ar są do siebie równoległe),

a powierzchnia jest zwiększana o wielkość: AA = Inr-Ar, to napięcie powierzchniowe będzie równe: * Opracowała M. Plaszyńska.

A W ₌ FAr _ F M 2nrAr l

(2)

czyli sile działającej na jednostką długości obwodu l = 2nr powierzchni swobodnej cieczy.

Napięcie powierzchniowe wyjaśnia wiele zjawisk w przyrodzie, takich jak np. powstawanie piany, menisk, włoskowatość.

Rys.l. Wyznaczanie napięcia powierzchniowego T

Molekuły cieczy znajdujące się tuż przy powierzchni swobodnej cieczy, w warstwie o grubości r, zachowują się inaczej niż molekuły w jej wnętrzu. Im bliżej swobodnej powierzchni cieczy będzie leżała wybrana molekuła, tym większa siła F_m będzie na nią działała. Siła ta jest równa wypadkowej sił przyciągania ze strony sąsiednich molekuł cieczy I otaczających wybraną molekułę (patrz: Uzupełnienie) oraz znacznie słabszych sił oddziaływania z cząsteczkami znajdującymi się nad cieczą, np. w powietrzu II (rys.2). Siła F_m jest skierowana do wnętrza cieczy. Zatem na każdą cząsteczkę cieczy znajdującą się w tzw. warstwie powierzchniowej, a więc warstwie cieczy o grubości promienia strefy molekularnego oddziaływania, będą wywierane siły molekularne F_m, skierowane do wnętrza cieczy, zwane silami

powietrze II ’

powierzchnia swobodna .

sfera molekularnego oddziaływania Rys. 2. Warstwa powierzchniowa cieczy