Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости.

Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.

Оборудование: сосуд с подкрашенной водой, полоска фильтровальной бумаги размером 120 х 10 мм, полоска хлопчатобумажной ткани размером 120 х 10 мм, линейка измерительная.

Содержание работы.

Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъём жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, F_в не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:

F_в = mg.

По третьему закону Ньютона сила F_в, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения F_пов, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения её с жидкостью:

F_в = F_пов.

Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре (рисунок 1)

F_пов = mg. (1)

Рисунок 1.

Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус которой r равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости, равна длине окружности:

l = 2πr.

Тогда сила поверхностного натяжения равна:

F_пов = σ2πr, (2)

где σ – поверхностное натяжение жидкости.

Масса столба жидкости объёмом V = πr²h равна:

m = ρV = ρ πr²h. (3)

Подставляя выражение (2) для F_пов и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим

σ2πr = ρ πr²hg,

откуда диаметр капилляра

D = 2r = 4σ/ ρgh. (4)

Порядок выполнения работы.

1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рисунок 2), наблюдая поднятие воды в полосках.

2. Как только прекратится подъём воды, полоски выньте и измерьте линейкой высоты h₁ и h₂ поднятия в них воды.

3. Абсолютные погрешности измерения Δ h₁ и Δ h₂ принимают равными удвоенной цене деления линейки.

Δ h₁ = 2 мм;

Δ h₂ = 2 мм.

4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле (4).

Рисунок 2

D₁ = 4σ/ ρgh₁

D₂ = 4σ/ ρgh₂.

Для воды σ ± Δσ = (7, 3 ± 0, 05)х10^-2 Н/ м.

5. Рассчитайте абсолютные погрешности Δ D₁ и Δ D₂ при косвенном измерении диаметра капилляров.

Δ D₁ = D₁(Δσ/ σ + Δ h₁/ h₁);

Δ D₂ = D₂(Δσ/ σ + Δ h₂/ h₂).

Погрешностями Δ g и Δ ρ можно пренебречь.

6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде

D₁ ± Δ D₁ =

D₂ ± Δ D₂ =

7. Сделайте вывод по проделанной работе.

Заключение

Цель настоящей работы заключается в разработке методики изучения капиллярных явлений. Для достижения указанной цели были поставлены ряд задач.

При решении задачи – исследования научной литературы – в работе изучены и отобраны труды ряд ученных. Приведена история возникновения величины. Дано определение капиллярных явлений, с разных точек зрения.

На основе этих закономерностей можно в ряде случаев достаточно точно предвидеть, будет ли иметь место капиллярного поднятия в той или иной системе, проанализировать, какое влияние могут оказать различные физико-химические факторы. Таким образом, сейчас можно прогнозировать наличие (или отсутствие) капиллярного поднятия в ряде систем, а также управлять процессом капиллярного поднятия в желаемом направлении. И все же нужно подчеркнуть, что, несмотря на большой объем знаний, который сейчас накоплен в этой области, многие интересные и важные вопросы еще не решены. Дело в том, что знание только общих закономерностей капиллярного поднятия не всегда оказывается достаточным: для решения ряда конкретных задач нужны подробные экспериментальные сведения об особенностях той или иной системы. Перечень теоретических и экспериментальных проблем, решение которых необходимо для углубления и расширения знаний о механизме капиллярного поднятия и растекания, довольно обширен.

Список использованной литературы:

1. Большая Советская энциклопедия. – М.:1989., - 928 c.

2. Бутиков Е.И., Биков А.А., Контратев А.С. Физика в примерах и задачах. 3-е изд., - М.: Наука. 1989. – 464 с.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н., Эткин В.С. Курс общей физики. Молекулярная физика. - М.: Просвещение, 1982. – 207 с.

4. Горюнов Ю.В., Сумм Б.Д. Смачивание. – М.: Знание. 1972. – 54 с.

5. Касьянов В.А. Физика 10кл.: Учебн. для общеобразоват. учеб.заведений. – 3-е изд. стереотип. – М.: Дрофа, 2002. – 416 c.

6. Кикоин А. К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. - М.: Наука. 1976. – 480 с.

7. Матвеев А.Н. Молекулярная физика: учебник для физ. спец. вузов – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Просвещение. 1987. – 360 с.

8. Савельев И. В. Курс общей физики.т. 1. - 3-е издание, - М.: Наука. 1986. – 432 с.

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики.т. 2. Термодинамика и молекулярная физика.- М.: Наука. 1975. – 552 с.

10. Телеснин Р. В. Молекулярная физика. Высшая школа-М.: Дрофа. 1965. – 291 с.

11. Физический энциклопедический словарь. - М.: 1983 г. – 696 с.

12. Фреш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики.т. 1: 3-е издание. – М.: Просвещение. 1951. – 265 с.

13. Щербаков А.М. Физика поверхностей. Учебное пособие. – Калинин.: Книга. 1997. – 78 с.

14. Элементарный учебник физики: Учебное пособие в 3 т./Под ред. Г.Е. Ландсберга: т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. 12-е изд.- М.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. – 608с.

15. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. 1-е изд.,-М.: Наука. 1989. –576с.

16. Яковлев В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика.- М.: Просвещение. 1976. – 307 с.

 

⇐ Предыдущая123456789

Поделиться: