Методика эксперимента

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости определяется методом капель. Исследуемая жидкость налита в стеклянную трубку, заканчивающуюся капилляром малого радиуса r, из которого вытекает жидкость в виде капель (рис.4)Рассмотрим процесс образования капель. Вытеканию жидкости из капилляра препятствует поверхностная пленка, состоящая из молекул жидкости. Под воздействием силы тяжести пленка прогибается, растягивается, увеличивается, стремясь приобрести сферическую форму. В некоторый момент у капли появляется перетяжка («шейка»), радиус которой можно приблизительно считать равным радиусу капилляра. По окружности этой перетяжки действуют силы поверхностного натяжения, препятствующие отрыву капли. Силу поверхностного натяжения F при отрыве капли можно подсчитать, зная радиус шейки r:

F=2π rσ (1)

где σ - коэффициент поверхностного натяжения

рис 4 жидкости.

В момент отрыва капли ее вес P равен силе поверхностного натяжения F, т.е.

P=2π rσ (2)

Если известны P и r, то можно определить σ. Однако измерить радиус шейки r очень сложно, поэтому на практике часто пользуются методом сравнения коэффициентов поверхностного натяжения двух жидкостей – исследуемой и эталонной, коэффициент поверхностного натяжения которой уже известен. В качестве эталонной жидкости обычно используют дистиллированную воду. В момент отрыва капли воды

P0=2π rσ 0 (3)

где P0 - вес капли воды;

σ 0 - коэффициент поверхностного натяжения при данной температуре.

Поделив почленно равенство (2) на равенство (3), получим , откуда σ =σ 0* (4)

Учтем, что

P=mg=ρ Vкg=ρ * *g (5)

и

P0=m0g=ρ 0V0g=ρ 0* *g (6),

где m и Vк – масса и объем одной капли исследуемой жидкости,

m0 и V0 - масса и объем одной капли воды;

ρ - плотность исследуемой жидкости;

ρ 0 - плотность воды;

N - количество капель исследуемой жидкости, содержащихся в объеме V.

N0 – количество капель воды, содержащихся в том же объеме.

Подставляя значения Р и Р0 из формул (5) и (6) в формулу (4), получим

σ =σ 0 (7)

Полученная формула является рабочей формулой для определения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости. По формуле (7) коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости определяется через различные физические величины σ, ρ, ρ 0, количество капель N0, N. Все величины вносят определенный вклад в погрешность поверхностного натяжения исследуемой жидкости σ. Значение σ 0 определяется по таблице 2 с учетом температуры в лаборатории с точностью до 0, 5*10 . Абсолютная погрешность Δ σ 0 =0.5* 10 является систематической. Значения плотностей дистиллированной воды ρ 0 и исследуемой жидкости Δ ρ взяты табличными:

ρ 0=(0.998 0.0005) *10 кг*м , ρ =(0, 80 0, 005)* 10 кг*м

Абсолютные погрешности Δ ρ 0=0.0005*10 кг*м и Δ ρ =0, 005*10 кг*м являются систематическими. Погрешность в определении количества капель дистиллированной воды Δ N0 и количества капель исследуемой жидкости Δ N являются случайными. Порядок нахождения погрешностей Δ N0 и Δ N описаны в разделе «Производство опыта». Формула для подсчета коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости с учетом вкладов всех погрешностей Δ σ ₀, Δ ρ ₀, Δ ρ, Δ N₀, Δ N приведена в разделе «Обработка результатов эксперимента».