Kako izmeriti površinsko napetost

Vsebina

Koraki
Metoda 1 od 3: Uporaba zibalke
Metoda 2 od 3: S kapilarnim učinkom
Metoda 3 od 3: Kako določiti relativno površinsko napetost z uporabo kovanca
Kaj potrebujete

Površinska napetost opisuje sposobnost tekočine, da se upira gravitaciji. Na primer, voda na mizi tvori kapljice, ko se molekule vode med seboj privlačijo, kar nasprotuje gravitaciji. Zaradi površinske napetosti lahko težje predmete, na primer žuželke, zadržujemo na površini vode. Površinska napetost se meri v sili (N), deljeni z dolžino enote (m), ali energijo na enoto površine. Sila, s katero molekule vode sodelujejo (kohezivna sila), ustvarja napetost, kar povzroči kapljice vode (ali drugih tekočin). Površinsko napetost lahko merimo z nekaj preprostimi predmeti, ki jih najdemo v skoraj vsakem domu, in kalkulatorjem.

Koraki

Metoda 1 od 3: Uporaba zibalke

1 Zapišite enačbo za površinsko napetost. V tem poskusu je enačba za določanje površinske napetosti naslednja: F = 2Sd, kje F. - sila v newtonih (N), S - površinska napetost v newtonih na meter (N / m), d je dolžina igle, uporabljene v poskusu. Izrazimo površinsko napetost iz te enačbe: S = F / 2d.
- Sila bo izračunana na koncu poskusa.
- Preden začnete poskus, z ravnilom izmerite dolžino igle v metrih.
2 Zgradite majhno ročico. Ta poskus uporablja ročico in majhno iglo, ki plava na površini vode za določanje površinske napetosti.Treba je skrbno pretehtati konstrukcijo ročic, saj je od tega odvisna natančnost rezultata. Uporabite lahko različne materiale, glavna stvar je narediti vodoravno palico iz nečesa trdega: lesa, plastike ali debelega kartona.
- Določite središče palice (na primer ravnilo iz slame ali plastike), ki ga boste uporabili kot prečko, in na tem mestu izvrtajte ali izvrtajte luknjo; to bo oporna točka prečke, pri kateri se bo prosto vrtela. Če uporabljate plastično slamico, jo preprosto prebodite s čepom ali žebljem.
- Izvrtajte ali izvrtajte luknje na koncih prečke, tako da so enako oddaljeni od sredine. Potegnite niti skozi luknje, da obesite skodelico za težo in iglo.
- Če je potrebno, podprite žarek s knjigami ali drugimi dovolj trdimi predmeti, da bo žarek vodoraven. Potrebno je, da se prečka prosto vrti okoli žeblja ali palice, zataknjene na njeno sredino.
3 Vzemite kos aluminijaste folije in ga zvijete v škatlo ali krožnik. Sploh ni nujno, da ima ta krožnik pravilno kvadratno ali okroglo obliko. Napolnili ga boste z vodo ali drugo težo, zato se prepričajte, da lahko prenese težo.
- Na en konec palice obesite škatlo ali krožnik iz pločevine. Ob robovih krožnika naredite majhne luknje in jih prebodite tako, da krožnik visi s palice.
4 Z drugega konca palice obesite iglo ali sponko za papir, tako da bo vodoravna. Iglo ali sponko za vodo zavežite vodoravno na nit, ki visi z drugega konca palice. Da bi bil poskus uspešen, je potrebno iglo ali sponko postaviti natančno vodoravno.
5 Na palico položite nekaj, na primer plastelin, da uravnotežite posodo iz aluminijaste folije. Pred začetkom poskusa je potrebno zagotoviti, da je prečka nameščena vodoravno. Krožnik iz folije je težji od igle, zato bo palica na strani krožnika padla navzdol. Na nasprotno stran palice pritrdite dovolj plastelina, tako da bo vodoravna.
- To se imenuje uravnoteženje.
6 Visečo iglo ali sponko za papir postavite v posodo z vodo. Ta korak bo zahteval dodatne napore za namestitev igle na površino vode. Pazite, da igla ne potone v vodo. Napolnite posodo z vodo (ali drugo tekočino neznane površinske napetosti) in jo postavite pod visečo iglo, tako da je igla neposredno na površini tekočine.
- Prepričajte se, da vrv, ki drži iglo, ostane na svojem mestu in je dovolj napeta.
7 Na majhnem merilu stehtajte nekaj zatičev ali majhno količino izmerjenih kapljic vode. Aluminijevemu krožniku na kladivu boste dodali en zatič ali eno kapljico vode. V tem primeru je treba poznati natančno težo, pri kateri bo igla odlepila s površine vode.
- Preštejte število zatičev ali vodnih kapljic in jih stehtajte.
- Določite težo enega zatiča ali kapljice vode. To naredite tako, da skupno težo delite s številom zatičev ali kapljic.
- Recimo, da 30 zatičev tehta 15 gramov, potem je 15/30 = 0,5, to pomeni, da en zatič tehta 0,5 grama.
8 Igle ali kapljice vode dodajajte eno za drugo v krožnik iz aluminijaste folije, dokler igla ne odlepi s površine vode. Postopoma dodajte en čep ali kapljico vode. Pazljivo pazite na iglo, da ne zamudite trenutka, ko bo po naslednjem povečanju teže odletel z vode. Ko igla odlepi s površine tekočine, prenehajte dodajati zatiče ali kapljice vode.
- Preštejte število zatičev ali vodnih kapljic, zaradi katerih je igla na nasprotnem koncu palice odlepila s površine vode.
- Zapišite rezultat.
- Za natančnejše rezultate poskus ponovite večkrat (5 ali 6).
- Izračunajte povprečje dobljenih rezultatov. Če želite to narediti, dodajte število zatičev ali padcev v vseh poskusih in skupno delite s številom poskusov.
9 Pretvorite število zatičev v moč. To naredite tako, da število gramov pomnožite z 0,00981 N / g. Za izračun površinske napetosti morate poznati silo, potrebno za dvig igle s površine vode. Ker ste v prejšnjem koraku šteli težo zatičev, da določite silo, morate to maso pomnožiti z 0,00981 N / g.
- Število zatičev v krožniku pomnožite s težo enega zatiča. Če na primer vstavite 5 zatičev, ki tehtajo 0,5 grama, je njihova skupna teža 0,5 grama / pin = 5 x 0,5 = 2,5 grama.
- Število gramov pomnožite s faktorjem 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Vključite te vrednosti v enačbo in poiščite vrednost, ki jo iščete. Rezultati, pridobljeni med poskusom, se lahko uporabijo za določanje površinske napetosti. Samo vnesite vrednosti, ki jih najdete, in izračunajte rezultat.
- Recimo v zgornjem primeru, da je dolžina igle 0,025 metra. Če vrednosti nadomestimo z enačbo, dobimo: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Tako je površinska napetost tekočine 0,05 N / m.

Metoda 2 od 3: S kapilarnim učinkom

1 Spoznajte kapilarni učinek. Za razumevanje kapilarnih pojavov se moramo najprej seznaniti s silami oprijema in kohezije. Adhezija povzroči, da se tekočina drži trde površine, na primer stekla. Zaradi sile kohezije se molekule tekočine medsebojno privlačijo.Kombinirano delovanje sil oprijema in kohezije povzroči, da se tekočina dvigne v tankih ceveh.
- Po višini dviga tekočine v cevi je mogoče izračunati površinsko napetost te tekočine.
- Kohezivne sile vodijo do nastanka mehurčkov in kapljic na površini. Ko tekočina pride v stik z zrakom, se molekule tekočine medsebojno privlačijo, kar povzroči nastanek mehurčka.
- Adhezija vodi v nastanek meniskusa, ki je opazen na mestih stika tekočine s stenami stekla. Konkavna oblika meniskusa je vidna s prostim očesom.
- Primer kapilarnega učinka je dvig tekočine v slamici, ki jo damo v kozarec vode.
2 Zapišite enačbo za določanje površinske napetosti. Površinska napetost se izračuna na naslednji način: S = (ρhga / 2), kje S - površinska napetost, ρ - gostota preiskovane tekočine, h - višina dviga tekočine v cevi, g - pospešek gravitacije zaradi gravitacije, ki deluje na tekočino (9,8 m / s), a je polmer kapilarne cevi.
- Pri zamenjavi podatkov v to enačbo se prepričajte, da so izraženi v metričnih enotah: gostota v kg / m, višina in polmer v metrih, pospešek zaradi gravitacije v m / s.
- Če gostota tekočine ni navedena vnaprej, jo lahko najdete v priročniku ali izračunate po formuli gostota = masa / prostornina.
- Površinska napetost se meri v newtonih na meter (N / m). Newton je enak 1 kg * m / s. Če želite neodvisno določiti merske enote, jih preprosto nadomestite v enačbo brez številčnih vrednosti: S = kg / m * m * m / s * m. Če zmanjšamo dva števca v števcu in imenovalcu, dobimo 1 kg * m / s / m, to je 1 N / m.
3 V posodo nalijte tekočino neznane površinske napetosti. Vzemite plitvo ploščo ali skledo in vanjo nalijte tekočino, tako da pokrije dno za 2 do 3 centimetre. Količina tekočine ni pomembna, glavna stvar je, da je jasno vidno, koliko se bo dvignila v kapilarni cevi.
- Če boste eksperimentirali z različnimi tekočinami, ploščo temeljito očistite in posušite, preden vanj nalijete drugo tekočino, ali pa vsakič uporabite drugo posodo.
4 Čisto, tanko cev potopite v tekočino. Po višini dviga tekočine v tej cevi boste določili površinsko napetost.Cev naj bo čista, da lahko jasno vidite, kako visoko se bo tekočina dvignila nad nivo v posodi. Poleg tega mora cev imeti stalen polmer.
- Če želite izmeriti polmer, preprosto postavite ravnilo na vrh cevi in določite premer. Nato premer razdelite na 2 in našli boste polmer.
5 Izmerite višino tekočine, ki se je dvignila nad nivo v plošči. Premaknite rob ravnila na površino tekočine v pladnju in ugotovite, kako visoko se je tekočina dvignila v cevi. Voda v cevi narašča, ker dvižna sila površinske napetosti presega vlečno silo gravitacije.
6 Te vrednosti vključite v enačbo in opravite izračune. Ko določite vse zahtevane vrednosti, jih vključite v enačbo in poiščite površinsko napetost. Vse vrednosti pretvorite v metrične enote, da dobite pravilen rezultat.
- Recimo, da merimo površinsko napetost vode. Gostota vode je približno 1 kg / m3 (v tem primeru uporabljamo približne vrednosti). Pospešek zaradi gravitacije je 9,8 m / s. Naj bo polmer cevi 0,029 m, voda pa se je dvignila na višino 0,5 m. Kolikšna je površinska napetost vode?
- Dobljene vrednosti nadomestite v enačbo in dobite: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metoda 3 od 3: Kako določiti relativno površinsko napetost z uporabo kovanca

1 Zberite vse, kar potrebujete. Za ta poskus boste potrebovali kapalko za oči, suh kovanec, vodo, majhno skledo, tekočino za pomivanje posode, rastlinsko olje in brisačo. Vse to lahko najdete doma ali kupite v lokalni trgovini. Lahko tudi brez mila za posodo in rastlinskega olja, vendar boste za primerjavo potrebovali nekaj različnih tekočin.
- Preden začnete poskus, se prepričajte, da je kovanec čist in suh. Če uporabite moker kovanec, boste dobili netočne rezultate.
- Ta poskus ne omogoča izračuna površinske napetosti; lahko ga uporabimo le za primerjavo površinske napetosti različnih tekočin.
2 Naenkrat kapljajte eno kapljico tekočine na površino kovanca. Kovanec položite na brisačo ali drugo površino, ki je varna za zmočenje. V pipeto vzemite prvo tekočino in nato počasi nanesite eno kapljico na kovanec. Pri tem štejte kapljice. Nadaljujte, dokler se tekočina ne razlije iz kovanca.
- Zapišite, koliko kapljic je trajalo, da se je tekočina razlila izven kovanca.
3 Ta postopek ponovite z različnimi tekočinami. Kovanc očistite in posušite vsakič, ko zamenjate tekočino. Osušite tudi površino, na katero položite kovanec. Uporabite različne pipete ali očistite pipeto pred novim poskusom.
- Poskusite dodati nekaj mila za posodo v vodo, nato kapnite vodo na kovanec in preverite, ali se površinska napetost spreminja.
4 Primerjajte število kapljic, potrebnih za različne tekočine, da napolnite kovanec. Poskusite večkrat ponoviti poskus z isto tekočino, da preverite, ali so rezultati točni. Povprečne rezultate: Dodajte število kapljic v različnih poskusih in skupno delite s številom poskusov. Zapišite, koliko kapljic je trajalo, da so različne tekočine napolnile kovanec.
- Več kapljic dane tekočine je potrebno, da napolnite kovanec, večja je površinska napetost te tekočine.
- Detergent za pomivanje posode znižuje površinsko napetost vode; če dodate kovanec, boste potrebovali manj kapljic.