Вказівки до виконання роботи. Контрольні запитання

1. Перед початком кожного досліду з’єднати посудину з атмосферою, відкривши кран 4. При цьому в посудині встановлюється атмосферний тиск. Нагнітання повітря в посудину проводити при закритому крані 4.

2. Відлік різниці рівнів  і  проводити при повністю закритих кранах 4 і 5 через кілька хвилин після того, як припиниться зміна різниці рівнів, викликана охолодженням або нагріванням повітря.

Контрольні запитання:

1. Якими рівняннями описуються адіабатний, ізотермічний та ізохорний процеси?

2. В чому фізичний зміст рівняння Майєра?

3. Що таке число ступенів свободи молекул?

4. Яка методика визначення показника адіабати в цій роботі?

 

Лабораторна робота № 2.04. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини методом компенсації додаткового тиску в капілярі

Вступ

       Поверхневий натяг  вимірюється роботою  ізотермічного утворення одиниці площі  поверхні рідини на границі з другою фазою:

                                                                        (1)

Якщо поверхня рідини обмежена лінією (периметром змочування) довжиною , то поверхневий натяг дорівнює силі, що діє на одиницю довжини периметра і напрямленій перпендикулярно до неї . Ця сила лежить в площині, дотичній до вільної поверхні рідини.

       На молекули рідини, що знаходяться в поверхневому шарі, діють напрямлені всередину рідини не скомпенсовані сили притягання з сторони інших молекул всередині рідини. В результаті цього молекули поверхневого шару мають більшу потенціальну енергію, ніж молекули, що знаходяться всередині рідини, оскільки при ізотермічному переході молекул з об’єму рідини на її поверхню здійснюється робота по подоланню напрямлених всередину рідини сил, що діє на поверхневий шар. Ця робота збільшує потенціальну енергію молекул, що переходять на поверхню. Стану стійкої рівноваги рідини відповідає мінімум потенціальної енергії її вільної поверхні, що рівнозначне найменшій площі цієї поверхні. Тому рідина намагається скоротити площу вільної поверхні, внаслідок чого в поверхневому шарі виникають сили натягу, напрямлені вздовж поверхні. Ці сили подібні до пружних сил, які намагаються скоротити площу поверхні механічно розтягнутої плівки.

Метод вимірювання

Суть методу полягає у вимірюванні в капілярі тиску рідини , обумовленого силами поверхневого натягу рідини, шляхом його компенсації додатковим тиском стискуваного повітря.

Установка складається з капіляра 1, яким торкаються поверхні досліджуваної рідини в посудині, манометра 3, з’єднаного з капіляром, і трубкою 2 (рис. 2.6). Обидві посудини знаходяться на столиках 5 і 6, висоту яких можна плавно змінювати.

Як відомо, при повному змочуванні рідиною стінок капіляру з циліндричним каналом додатковий тиск її вгнутої поверхні, що називається меніском, визначається формулою

                                       ,                                    (3)

де  – радіус капілярної трубки. Цей тиск, напрямлений вгору до центру кривизни сферичної поверхні меніска, піднімає рідину в капілярі до такого рівня по відношенню до поверхні рідини в широкій посудині, щоб тиск стовпа піднятої рідини зрівноважував додатковий тиск . Якщо піднімати столик 6, то тиск повітря у всій системі (капіляр-трубка 2 - манометр) буде зростати внаслідок зменшення об’єму системи і рідина в капілярі почне опускатися. Очевидно, що при досягненні певного значення тиску повітря меніск в капілярі виявиться на рівні досліджуваної рідини в широкій посудині, тобто тиск повітря в системі, що вимірюється манометром, буде становити . Знаючи радіус капіляра , можна за формулою (3) знайти .

Рис. 2.6