Как да се измери повърхностното напрежение

Повърхностното напрежение описва способността на течността да устои на силата на тежестта. Например, водата върху повърхността на масата образува капки, тъй като водните молекули са привлечени един от друг, които противодействат на силата на гравитацията. Благодарение на повърхностното напрежение на по-тежки обекти, например насекоми, могат да се държат на повърхността на водата. Повърхностното напрежение се измерва в сила (h), разделена на единица дължина (m), или в количеството енергия на единица площ. Силата, с която водните молекули взаимодействат (кохезионната сила), причинява напрежение, което води до капки вода (или други течности). Повърхностното напрежение може да се измерва с помощта на няколко прости елемента, които са практически във всеки дом и калкулатор.

Стъпка

Метод 1 от 3:

С помощта на рокер

един. Записване на уравнението за повърхностно напрежение. В този експеримент уравнението за определяне на повърхностното напрежение е както следва: F = 2SD, където Е - сила в Нютон (Н), С - повърхностно напрежение в Нютонс на метър (n / m), Д - дължина, използвана в експеримента на иглата. Изразяват повърхностното напрежение от това уравнение: S = f / 2D.

Силата ще бъде изчислена в края на експеримента.
Преди да продължите с експеримента, измерете дължината на иглата в метри с помощта на владетеля.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 2

2. Опишете малък рокер. В този експеримент, рокер и малка игла, която плува на повърхността на водата, се използва за определяне на повърхностното напрежение. Необходимо е внимателно да се третира изграждането на рокера, тъй като точността на резултата зависи от това. Можете да използвате различни материали, най-важното е да направите хоризонтална напречна греда на нещо твърдо: дърво, пластмаси или плътна картон.

Определете центъра на пръчката (например, слама или пластмасов владетел), който ще използвате като напречна греда и пробийте дупката на това място, тя ще бъде точката на подкрепа на напречната греда, на която ще бъде завъртете свободно. Ако използвате пластмасова слама, просто го изсипете с щифт или пирон.

Пробийте или излейте дупки в краищата на напречната греда, така че да се намират на същото разстояние от центъра. Кредит през отворите на нишките, върху които спирате чашата за товар и иглата.

Ако е необходимо, донесете рокера с книги или други достатъчно твърди предмети, така че напречната част да остане в хоризонтално положение. Необходимо е напречната греда свободно да се върти около нокътя или пръчката, залепена в средата си.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 3

3. Вземете парче алуминиево фолио и го преобърнете във формата на кутия или чиния. Всичко не е необходимо, че тази чиния може да има десен квадрат или кръгла форма. Напълвате го с вода или друг товар, така че се грижете за това, за да съществува тегло.

Суспендиране на кутия или розово чинийка към единия край на напречната греда. Направете малки дупки по ръбовете на чинийка и нишка през тях, така че чиникът висеше на напречната греда.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 4

4. Да се спре на другия край на напречната греда на иглата или хартиените клипове, така че да е хоризонтално. Завържете хоризонтално игла или хартиени клипове към конеца, която виси от другия край на напречната греда. Така че експериментът е в състояние, е необходимо да се постави игла или хартиена клинца.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 5

пет. Пластифтя пластилин върху напречната греда, за да балансирате алуминиевия контейнер за фолио. Преди да продължите с експеримента, е необходимо да се гарантира, че напречната греда е хоризонтално. Роузкия чинийка е по-тежки игли, така че на гърба му се спуска. Прикрепете достатъчно количество пластилин към противоположната страна на напречната греда, така че да е хоризонтално.

Това се нарича балансиране.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 6

6. Поставете иглата, висяща върху нишката или затварянето на хартията. На тази стъпка ще трябва да се положат допълнителни усилия за подреждане на иглата на повърхността на водата. Уверете се, че иглата не се впуска във водата. Напълнете контейнера с вода (или друга течност с неизвестно повърхностно напрежение) и го поставете под висящата игла, така че иглата да се намира директно върху повърхността на флуида.

Направете това, така че въжето да държи иглата, остава на място и е достатъчно опъната.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхността Стъпка 7

7. Претегляйте малките скали няколко щифта или малко количество измерени капки вода. Ще добавите към алуминиева чиния върху рокер един щифт или капка вода. В този случай е необходимо да се знае точното тегло, при което иглата ще се счупи от повърхността на водата.

Изчислете броя на щифтовете или капките вода и ги претеглят.

Определете теглото на един щифт или капки вода. За да направите това, споделете общото тегло на броя на щифтовете или капки.

Да предположим, че 30 пина са тежат 15 грама, след това 15/30 = 0.5, т.е. един щифт тежи 0,5 грама.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 8

Осем. Добавете щифтове или водата капки към един в разтвор на алуминиево фолио, докато иглата се отдръпне от повърхността на водата. Постепенно добавете един щифт или капка вода. Внимателно наблюдавайте иглата, за да не пропуснете момента, когато след друго увеличение на товара ще се откъсне от водата. Веднага след като иглата се откъсне от повърхността на течността, спрете да добавяте щифтове или капки вода.

Изчислете броя на щифтовете или капките вода, при които иглата в противоположния край на напречната греда се разпада от повърхността на водата.

Запишете резултата.

Повторете опита на няколко (5 или 6) пъти, за да получите по-точни резултати.

Помислете за средната стойност на резултатите. За да направите това, сгънете броя на щифтовете или капки във всички експерименти и разделете сумата по броя на експериментите.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхностното напрежение Стъпка 9

девет. Превод на броя на щифтовете в сила. За да направите това, умножете броя на грамовете с 0.00981 n / g. За да се изчисли повърхностното напрежение, е необходимо да се знае захранването, необходимо за оставяне на иглата от повърхността на водата. Тъй като сте преброили теглото на щифта в предишната стъпка, за да определите силата, е достатъчно да се умножи това тегло с 0.00981 n / g.

Умножете номера, поставен в чинийка върху теглото на един щифт. Например, ако поставите 5 пина с тегло 0,5 грама, общото им тегло ще бъде 0.5 g / pin = 5 x 0.5 = 2.5 грама.

Умножете броя на грамовете на множителя от 0.00981 n / g: 2.5 x 0.00981 = 0.025 n.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 10

10. Подгответе получените стойности в уравнението и намерете желаната стойност. Използвайки резултатите, получени по време на експеримента, можете да дефинирате повърхностното напрежение. Просто заменете стойностите, намерени и изчисляват резултата.

Да предположим, че в горния пример дължината на иглата е 0,025 метра. Заместваме стойностите на уравнението и получаваме: S = F / 2D = 0.025 n / (2 х 0.025) = 0.05 n / m. По този начин повърхностното напрежение на течността е 0.05 n / m.

Метод 2 от 3:

На капилярен ефект

един. Научете повече за капилярния ефект. За да разберете капилярните явления, първо трябва да се запознаете със силите на адхезията и сближаването. Адхезията води до залепване на течност до твърда повърхност, като например стъкло. Благодарение на силата на сплотението на течността молекулите се привличат един друг.. Съвместното действие на адхезията и кохезионните сили причинява повдигаща течност в тънки тръби.

В разгара на повдигане на течността в тръбата, можете да изчислите повърхностното напрежение на тази течност.
Кохезионните сили водят до образуването на мехурчета и капки на повърхността. При контактна течност с въздух, флуидните молекули се привличат един към друг, в резултат на което се образува балонът.
Адхезията води до образуването на менискус, който е забележим в местата за контакт на течността със стъклени стени. Вдлъбнатата форма на менискуса е видима за голото око.
Пример за капилярен ефект е повдигането на течността в сламата, спуснато в чаша с вода.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 12

2. Запишете уравнението за определяне на повърхностното напрежение. Повърхностното напрежение се изчислява, както следва: S = (ρhga / 2), където С - Повърхностно напрежение, ρ - плътност на изучаването на течността, Х - Височина на повдигане на течността в тръбата, Г - ускоряване на свободния спад поради силата на гравитацията, действаща върху течност (9.8 m / s), А - радиус капилярна тръба.

Когато замествате данните в това уравнение, уверете се, че те са изразени в Метрични единици за измерване: Плътност в kg / m, височина и радиус в метри, ускоряване на свободното падане в m / s.

Ако плътността на течността не е дадена предварително, тя може да бъде намерена в указателя или изчисли С плътност на формулата = маса / обем.

Повърхностното напрежение се измерва в нютони на метър (n / m). Нютон е 1 кг * m / s. Да се определят самостоятелно единици за измерване, просто заместват само тях в уравнение, без цифрови стойности: s = kg / m * m * m / s * m. Ако изрежете два метра в числителя и знаменател, получаваме 1 kg * m / s / m, т.е. 1 n / m.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 13

3. Изсипете течност в контейнера с неизвестно напрежение на повърхността. Вземете плитко ястие или купа и се изливайте в него течността, така че да покрива дъното на 2-3 сантиметра. Количеството течност не играе ролята, най-важното е да се вижда ясно колко ще се повиши в капилярната тръба.

Ако отивате да експериментирате с различни течности, почистете и изсушете плаката внимателно, преди да изливате друга течност в нея, или всеки път да използвате друг контейнер.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхността Стъпка 14

4. Понижете чиста тънка тръба в течността. В разгара на повдигане на течността в тази тръба определяте повърхностното напрежение. Тръбата трябва да е чиста, за да можете ясно да видите как течността ще се повиши високо на плочата. В допълнение, тръбата трябва да има постоянна радиус.

За да измерите радиуса, просто прикрепете владетел в горния ръб на тръбата и определете диаметъра. След това извадете диаметъра на 2 и ще намерите радиус.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхността Стъпка 15

пет. Измерване на височината, към която течността се издига над нивото му в плоча. Преместете ръба на линията към повърхността на течността в плоча и определете коя височина се е повишила в тръбата. Водата в тръбата се повишава поради факта, че повдигащата сила на повърхностното напрежение надвишава тежестта.

Изображение, озаглавена Мярка на повърхността Стъпка 16

6. Подготвя се стойностите в уравнението и направете изчисленията. След като дефинирате всички необходими стойности, ги заменете с уравнението и намерете повърхностното напрежение. Не забравяйте да прехвърляте всички стойности към метричните единици за измерване, за да получите правилния резултат.

Да предположим, че измерваме повърхностното напрежение на водата. Плътността на водата е около 1 kg / m (в този пример използваме приблизителни стойности). Ускоряването на свободното падане е 9.8 m / s. Нека радиусът на тръбата е 0.029 m и водата се повишава до височината от 0,5 m. Какво е равно на повърхностното напрежение на водата?

Ние заместваме получените стойности в уравнението и получаваме: s = (ρhga / 2) = (1 x 9.8 x 0.029 х 0.5) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 j / m.

Метод 3 от 3:

Как да се определи относителното повърхностно напрежение от монета

един. Съберете всичко, от което се нуждаете. За този експеримент, ще ви е необходим пипета, суха монета, вода, малка купа, миене на съдове, растително масло и кърпа. Всичко това може да бъде намерено у дома или в най-близкия магазин. Можете да направите без средство за миене на ястия и растително масло, за сравнение, ще ви трябват няколко различни течности.

Преди да започнете да експериментирате, уверете се, че монетата е чиста и суха. Ако използвате влажна монета, получите неточни резултати.
Този експеримент не позволява изчисляване на повърхностното напрежение, то може да бъде сравнено само с повърхностното напрежение на различни течности.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхността Стъпка 18

2. Капе на повърхността на монетата върху една капка течност едновременно. Поставете монетата върху кърпа или друга повърхност, която не е страшно да се намокри. Въведете първата течност в пипетата, след което не бърза да постави на монета една капка. В същото време, помислете за капки. Продължете, докато течността надхвърля монетата.

Запишете колко капки отнема, за да се различи монета.

Изображение, озаглавено Мярка на повърхността Стъпка 19

3. Повторете тази процедура с различни течности. Всеки път, когато сменяте течността и изсушете монетата. Изсушете повърхността, за която поставяте монета. Използвайте различни пипети или почистете пипетата преди новия експеримент.

Опитайте да добавите към водата малко средство за миене на ястия, след това прескочете водата към монетата и вижте дали повърхностното напрежение се промени.

Изображение, озаглавено измерване на повърхността стъпка 20

4. Сравнете броя на капки, които са необходими за различни течности, за да запълнят монетата. Опитайте се да повторите експеримента с една течност няколко пъти, за да оцените точността на получените резултати. Aveny резултатите: сгънете броя на капчиците в различни експерименти и споделете сумата за броя на експериментите. Запишете колко капки са необходими за различни течности, за да запълните монетата.

Колкото повече капки от една или друга течност, необходима за запълване на монетата, колкото по-високо е повърхностното напрежение на тази течност.

Детергентът за миене на съдове намалява повърхностното напрежение на водата, като го добави, за да запълни по-малко капчици.