Hogyan mérjük a felületi feszültséget

Tartalom

Lépések
1. módszer a 3 -ból: billenőkar használata
2. módszer a 3 -ból: kapilláris hatás
3. módszer a 3 -ból: Hogyan lehet meghatározni a relatív felületi feszültséget érme segítségével
Mire van szükséged

A felületi feszültség azt írja le, hogy a folyadék képes ellenállni a gravitációnak. Például az asztallapon lévő víz cseppeket képez, miközben a vízmolekulák vonzzák egymást, ami ellensúlyozza a gravitációt. A felszíni feszültség miatt nehezebb tárgyak, például rovarok tarthatók a víz felszínén. A felületi feszültséget erőben (N) osztva az egység hosszával (m) vagy az egységnyi energiával. Az erő, amellyel a vízmolekulák kölcsönhatásba lépnek (kohéziós erő) feszültséget kelt, vízcseppeket (vagy más folyadékokat) eredményezve. A felületi feszültség néhány egyszerű, szinte minden otthonban megtalálható elemmel és egy számológéppel mérhető.

Lépések

1. módszer a 3 -ból: billenőkar használata

1 Írja fel a felületi feszültség egyenletét! Ebben a kísérletben a felületi feszültség meghatározásának egyenlete a következő: F = 2Sd, ahol F - erő newtonban (N), S - felületi feszültség newtonban méterenként (N / m), d a kísérlet során használt tű hossza. Fejezzük ki a felületi feszültséget ebből az egyenletből: S = F / 2d.
- Az erőt a kísérlet végén számítják ki.
- A kísérlet megkezdése előtt vonalzóval mérje meg a tű hosszát méterben.
2 Építs egy kis billenőkart. Ez a kísérlet egy billenőkart és egy kis tűt használ, amely a víz felszínén lebeg, hogy meghatározza a felületi feszültséget.Gondosan meg kell fontolni a billenőkar felépítését, mivel az eredmény pontossága ettől függ. Különféle anyagokat használhat, a lényeg az, hogy vízszintes rudat készítsen valami kemény anyagból: fából, műanyagból vagy vastag kartonból.
- Határozza meg a rúd közepét (például szalma vagy műanyag vonalzó), amelyet keresztlécként fog használni, és fúrjon vagy lyukasztjon lyukat ezen a helyen; ez lesz a keresztléc támaszpontja, amelynél szabadon forog. Ha műanyag szalmát használ, egyszerűen szúrja át egy tűvel vagy szögekkel.
- Fúrjon vagy lyukasszon lyukakat a keresztgerenda végeibe úgy, hogy azok egyenlő távolságra legyenek a központtól. Vezesse át a szálakat a lyukakon, hogy felakaszthassa a súlycsészét és a tűt.
- Ha szükséges, támassza alá a gerendát könyvekkel vagy más olyan kemény tárgyakkal, amelyek vízszintesen tartják a gerendát. Szükséges, hogy a keresztléc szabadon forogjon a közepén ragadt szög vagy rúd körül.
3 Vegyünk egy darab alumínium fóliát, és tekerjük fel doboz vagy csészealj alakúra. Egyáltalán nem szükséges, hogy ez a csészealj szabályos négyzet vagy kerek legyen. Megtöltöd vízzel vagy más súllyal, ezért győződj meg róla, hogy elbírja a súlyt.
- Akasszon egy ónfóliás dobozt vagy csészealjat a rúd egyik végére. Készítsen kis lyukakat a csészealj szélei mentén, és fűzze át őket úgy, hogy a csészealj lelógjon a rúdról.
4 Akassza a tűt vagy a gemkapcsot a rúd másik végéről vízszintes helyzetbe. A tűt vagy gemkapocsot vízszintesen kösse a rúd másik végén lógó szálhoz. Ahhoz, hogy a kísérlet sikeres legyen, a tűt vagy a gemkapocsot pontosan vízszintesen kell elhelyezni.
5 Helyezzen valamit a rúdra, például gyurmát, hogy kiegyensúlyozza az alumínium fóliatartályt. A kísérlet megkezdése előtt meg kell győződni arról, hogy a keresztléc vízszintesen helyezkedik el. A fólia csészealj nehezebb, mint a tű, ezért a csészealj oldalán lévő rúd leesik. Rögzítsen annyi gyurmát a rúd ellenkező oldalára, hogy vízszintes legyen.
- Ezt hívják kiegyensúlyozásnak.
6 Helyezze a lelógó tűt vagy gemkapocsot egy víztartályba. Ez a lépés további erőfeszítéseket igényel, hogy a tűt a víz felszínére helyezze. Ügyeljen arra, hogy a tű ne süllyedjen a vízbe. Töltsön fel egy edényt vízzel (vagy más, ismeretlen felületi feszültségű folyadékkal), és tegye a függő tű alá úgy, hogy a tű közvetlenül a folyadék felületén legyen.
- Győződjön meg arról, hogy a tűt tartó kötél a helyén marad és megfelelően feszes.
7 Mérjen ki néhány csapot vagy kis mennyiségű vízcseppet kis léptékben. Egy csap vagy egy csepp víz hozzáadható a rocker alumínium csészealjához. Ebben az esetben tudni kell a pontos súlyt, amellyel a tű leválik a víz felszínéről.
- Számolja meg a csapok vagy vízcseppek számát, és mérje le őket.
- Határozza meg egy csap vagy vízcsepp súlyát. Ehhez ossza el a teljes súlyt a csapok vagy cseppek számával.
- Tegyük fel, hogy 30 csap súlya 15 gramm, majd 15/30 = 0,5, azaz egy csap súlya 0,5 gramm.
8 Egyenként adjon hozzá csapokat vagy vízcseppeket egy alumíniumfóliás csészealjban, amíg a tű leválik a víz felszínéről. Fokozatosan adjunk hozzá egy gombostűt vagy egy csepp vizet. Óvatosan figyelje a tűt, nehogy lemaradjon arról a pillanatról, amikor a következő súlynövekedés után leesik a vízről. Miután a tű levált a folyadék felületéről, hagyja abba a csapok vagy vízcseppek hozzáadását.
- Számolja meg a csapok vagy vízcseppek számát, amelyek miatt a rúd másik végén lévő tű levált a víz felszínéről.
- Írja le az eredményt.
- Ismételje meg a kísérletet többször (5 vagy 6), hogy pontosabb eredményeket kapjon.
- Számítsa ki a kapott eredmények átlagát. Ehhez adja hozzá a csapok vagy cseppek számát minden kísérletben, és ossza el az összeset a kísérletek számával.
9 A csapok számát alakítsa át erőssé. Ehhez szorozza meg a grammok számát 0,00981 N / g -val. A felületi feszültség kiszámításához ismernie kell a tű felemeléséhez szükséges erőt a víz felszínéről. Mivel az erő meghatározásához az előző lépésben számolta a csapok súlyát, csak meg kell szoroznia ezt a súlyt 0,00981 N / g -val.
- Szorozzuk meg a csészealjban lévő csapok számát egy csap súlyával. Például, ha 5 db, 0,5 grammos tűt helyez be, azok össztömege 0,5 gramm / csap = 5 x 0,5 = 2,5 gramm.
- Szorozzuk meg a grammok számát 0,00981 N / g tényezővel: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Csatlakoztassa ezeket az értékeket az egyenlethez, és keresse meg a keresett értéket. A kísérlet során kapott eredmények felhasználhatók a felületi feszültség meghatározására. Csak csatlakoztassa a talált értékeket, és számolja ki az eredményt.
- Tegyük fel, hogy a fenti példában a tű hossza 0,025 méter. Az értékeket az egyenletbe helyettesítve kapjuk: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Így a folyadék felületi feszültsége 0,05 N / m.

2. módszer a 3 -ból: kapilláris hatás

1 Ismerje meg a kapilláris hatást. Ahhoz, hogy megértsük a kapilláris jelenségeket, először meg kell ismerkednünk a tapadás és kohézió erőivel. A tapadás következtében a folyadék egy kemény felülethez, például üveghez tapad. A kohéziós erő hatására a folyadék molekulái vonzódnak egymáshoz.A tapadási és kohéziós erők együttes hatására a folyadék vékony csövekben emelkedik.
- A csőben lévő folyadék emelkedési magasságából kiszámítható ennek a folyadéknak a felületi feszültsége.
- Az összetartó erők buborékokhoz és cseppekhez vezetnek a felületen. Amikor egy folyadék levegővel érintkezik, a folyadék molekulái vonzódnak egymáshoz, és buborékot képeznek.
- A tapadás meniszkusz kialakulásához vezet, amely észrevehető a folyadék érintkezési pontjain az üveg falaival. A meniszkusz homorú alakja szabad szemmel is látható.
- A kapilláris hatás példája a folyadék felemelése egy pohár vízbe helyezett szalmában.
2 Írja fel a felületi feszültség meghatározásának egyenletét! A felületi feszültséget a következőképpen kell kiszámítani: S = (ρhga / 2), ahol S - felületi feszültség, ρ - a vizsgált folyadék sűrűsége, h - a folyadék emelkedésének magassága a csőben, g - a gravitáció gyorsulása a folyadékra ható gravitáció hatására (9,8 m / s), a a kapilláris cső sugara.
- Amikor adatokat cserél ebbe az egyenletbe, győződjön meg arról, hogy azokat metrikus egységekben fejezik ki: sűrűség kg / m -ben, magasság és sugár méterben, gravitáció miatti gyorsulás m / s -ban.
- Ha a folyadék sűrűségét nem adják meg előre, az megtalálható a kézikönyvben, vagy kiszámítható a sűrűség = tömeg / térfogat képlet segítségével.
- A felületi feszültséget newtonban mérik (N / m). Newton 1 kg * m / s. A mértékegységek önálló meghatározásához egyszerűen csak be kell őket cserélni az egyenletbe, számértékek nélkül: S = kg / m * m * m / s * m. Ha két métert csökkentünk a számlálóban és a nevezőben, akkor 1 kg * m / s / m, azaz 1 N / m.
3 Öntsön ismeretlen felületi feszültségű folyadékot a tartályba. Vegyünk egy sekély tányért vagy tálat, és öntsük bele a folyadékot úgy, hogy 2-3 centiméterrel ellepje az alját. A folyadék mennyisége nem számít, a lényeg az, hogy jól látható, hogy mennyit fog emelkedni a kapilláris csőben.
- Ha különböző folyadékokkal kíván kísérletezni, alaposan tisztítsa meg és szárítsa meg a lemezt, mielőtt másik folyadékot öntene bele, vagy használjon minden alkalommal más edényt.
4 Merítsen tiszta, vékony csövet a folyadékba. Ebben a csőben lévő folyadékemelkedés magasságából határozza meg a felületi feszültséget.Tartsa tisztán a csövet, hogy tisztán láthassa, milyen magasra emelkedik a folyadék az edény szintje fölé. Ezenkívül a csőnek állandó sugarúnak kell lennie.
- A sugár méréséhez egyszerűen helyezzen egy vonalzót a cső tetejére, és határozza meg az átmérőt. Ezután ossza el az átmérőt 2 -vel, és megtalálja a sugarat.
5 Mérje meg a folyadék magasságát a lemezen lévő szintje fölé. Mozgassa a vonalzó szélét a tálcában lévő folyadék felületéhez, és határozza meg, hogy a folyadék milyen magasra emelkedett a csőben. A csőben lévő víz emelkedik, mert a felületi feszültség emelőereje meghaladja a gravitációs húzóerőt.
6 Csatlakoztassa ezeket az értékeket az egyenlethez, és végezze el a számításokat. Miután meghatározta az összes szükséges értéket, csatlakoztassa őket az egyenlethez, és keresse meg a felületi feszültséget. Ügyeljen arra, hogy az összes értéket metrikus egységgé alakítsa át a helyes eredmény elérése érdekében.
- Tegyük fel, hogy a víz felületi feszültségét mérjük. A víz sűrűsége körülbelül 1 kg / m3 (ebben a példában közelítő értékeket használunk). A gravitáció miatti gyorsulás 9,8 m / s. Legyen a cső sugara 0,029 m, és a víz 0,5 m magasságba emelkedett. Mekkora a víz felületi feszültsége?
- Cserélje ki a kapott értékeket az egyenletbe, és kapja meg: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

3. módszer a 3 -ból: Hogyan lehet meghatározni a relatív felületi feszültséget érme segítségével

1 Gyűjtsön össze mindent, amire szüksége van. Ehhez a kísérlethez szüksége lesz egy szemcseppentőre, egy száraz érmére, vízre, egy kis tálra, mosogatószerre, növényi olajra és egy törülközőre. Mindezek megtalálhatók otthon, vagy megvásárolhatók a helyi boltban. Lehet mosogatószer és növényi olaj nélkül is, de összehasonlításhoz szüksége lesz néhány különböző folyadékra.
- A kísérlet megkezdése előtt győződjön meg arról, hogy az érme tiszta és száraz. Ha nedves érmét használ, pontatlan eredményeket kap.
- Ez a kísérlet nem teszi lehetővé a felületi feszültség kiszámítását; csak a különböző folyadékok felületi feszültségének összehasonlítására használható.
2 Csepegtessen egy csepp folyadékot az érme felületére. Helyezze az érmét egy törülközőre vagy más felületre, amely nedves lehet. Vegye az első folyadékot a pipettába, majd lassan cseppentsen egy cseppet az érmére. Ennek során számolja meg a cseppeket. Folytassa, amíg folyadék nem folyik ki az érmén kívül.
- Jegyezze fel, hány csepp kellett ahhoz, hogy a folyadék kifolyjon az érmén kívül.
3 Ismételje meg ezt az eljárást különböző folyadékokkal. Tisztítsa meg és szárítsa meg az érmét minden alkalommal, amikor folyadékot cserél. Szárítsa meg azt a felületet is, amelyre az érmét helyezte. Használjon különböző pipettákat, vagy tisztítsa meg a pipettát egy új kísérlet előtt.
- Adjon hozzá mosogatószert a vízhez, majd csepegtessen vizet egy érmére, és nézze meg, hogy változik -e a felületi feszültség.
4 Hasonlítsa össze a különböző folyadékokhoz szükséges cseppek számát egy érme feltöltéséhez. Próbálja meg többször megismételni a kísérletet ugyanazzal a folyadékkal, hogy lássa, az eredmények pontosak -e. Az eredmények átlagolása: Adja hozzá a cseppek számát a különböző kísérletekben, és ossza el az összeset a kísérletek számával. Írja le, hogy hány csepp kellett a különböző folyadékokhoz az érme feltöltéséhez.
- Minél több csepp szükséges egy adott folyadékból egy érme feltöltéséhez, annál nagyobb ennek a folyadéknak a felületi feszültsége.
- A mosogatószer csökkenti a víz felületi feszültségét; hozzáadásához kevesebb cseppre lesz szükség az érme feltöltéséhez.