Молекулярная физика и термодинамика. Ч.1. Косенко Г.И - 6 стр.

                    Лабораторная работа № 2                                   Задание 1. Определение коэффициента поверхностного натяже-
                                                                        ния методом отрыва капель жидкости.
     Определение коэффициента поверхностного натяжения
        и исследование его температурной зависимости                          Если поместить исследуемую жидкость в тонкую вертикально
                                                                        расположенную трубку и заставить ее медленно по каплям вытекать, то
     Цель работы – изучение явления поверхностного натяжения.           поверхностная пленка жидкости, образующаяся в отверстии трубки, бу-
     Приборы и принадлежности: аналитические весы, разновес, боль-      дет оказывать сопротивление вытеканию жидкости. Под давлением вы-
шой и малый химические стаканы, термометр, прибор Ребиндера, дис-       шележащих слоев пленка растягивается, и жидкость, собирается в кап-
тиллированная вода.                                                     лю на конце трубки. В некоторый момент сила тяжести превысит силу
                                                                        поверхностного натяжения пленки, поддерживающей каплю, и капля
       На молекулу жидкости действуют силы притяжения со стороны        оторвется. Перед отрывом у конца трубки образуется перетяжка, по ко-
окружающих молекул. Если молекула находится внутри жидкости и           торой капля отрывается. Длина контура, по которому разрывается по-
удалена от ее поверхности на расстояние, превышающее радиус молеку-     верхностная пленка, равна 2πR, где R – радиус перетяжки (рис. 1).
лярного действия, то эти силы в среднем уравновешиваются. Если же
молекула находится в приграничном слое, толщина которого равна ра-                                    2R
диусу сферы молекулярного действия, то появляется результирующая
сила, направленная внутрь жидкости. Для увеличения поверхности жид-
кости, т. е. для вывода молекул на поверхность, нужно совершить рабо-
ту против этой силы. Работа, которую надо затратить, чтобы изо-
термически и квазистатически увеличить поверхность жидкости на
единицу при сохранении ее объема неизменным, называется поверхно-
стным натяжением жидкости.
       Взаимное притяжение между молекулами поверхностного слоя
вызывает появление в нём силы поверхностного натяжения, направлен-                                     Рис. 1
ной по касательной к поверхности и перпендикулярной к контуру, огра-
ничивающую эту поверхность. Сила F, обусловленная взаимодействием             На каждый сантиметр контура со стороны верхней части пленки
молекул жидкости, вызывающая сокращение площади её свободной по-        действует сила, направленная вверх. Сила натяжения по всему контуру
верхности и направленная по касательной к этой поверхности, называ-     F = 2πRσ . В момент, когда сила тяжести, действующая на каплю, ста-
ется силой поверхностного натяжения. F пропорциональна длине гра-       новится больше силы натяжения, капля отрывается.
ницы свободной поверхности жидкости l :                                                                                      mg
                                                                                         m k g = F , m k g = 2πRσ , тогда σ = k .        (1)
                                             F                                                                               2πR
                         F = σ l , отсюда σ = ,
                                             l                                В данной экспериментальной установке наблюдение вытекания
где σ – коэффициент поверхностного натяжения, численно равный силе      капель жидкости производится из сосуда с трубкой с зауженным кон-
поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы          цом. Силами капиллярного происхождения можно пренебречь вследст-
свободной поверхности жидкости. Таким образом, поверхностное на-        вие достаточно большого диаметра конца трубки.
тяжение можно определить и как свободную поверхностную энергию
жидкости, приходящуюся на единицу ее поверхности.                            Порядок выполнения упражнения.
       В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряет-            1. На аналитических весах определить массу малого стакана (m).
ся Н/м. Опыт показал, что на величину σ влияет среда, находящаяся над         2. Отрегулировать зажимом скорость вытекания капель (около 15
поверхностью жидкости, и температура жидкости.                          капель в мин) в большой стакан.

                                 11                                                                     12