Как найти плотность капли

Лабораторная работа № 5

Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.

Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.

Теория.

   Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости

   Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:

   где σ – коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м2 или Н/м

или  

   где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.

   Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.

   Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость. Нажимают на поршень шприца так, чтобы из отверстия узкого конца шприца медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести Fтяж=mкапли·g равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности – окружность капли

l=π·dкапли

   Следовательно:

   Опыт показывает, что dкапли =0,9d, где d – диаметр канала узкого конца шприца.

   Массу капли можно найти, посчитав количество капель n и зная массу всех капель m.

   Масса капель m будет равна массе жидкости в шприце. Зная объем жидкости в шприце V и плотность жидкости ρ можно найти массуm=ρ·V

Ход работы.

   1. Подготовьте оборудование:
Измерение поверхностного натяжения   Начертите таблицу:

опыта

Масса капель

m, кг

Число капель

n

Диаметр канала шприца

d, м

Поверхност-ное натяжение

σ, Н/м

Среднее значение поверхностного натяжения

σср, Н/м

Табличное значение
поверхност-ного натяжения

σтаб, Н/м

Относительная погрешность

δ %

1

1*10-3

2,5*10-3

0,072

2

2*10-3

2,5*10-3

3

3*10-3

2,5*10-3

Опыт 1

  1. Наберите в шприц 1 мл воды («один кубик»).
  2. Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу.
  1. Вычислите поверхностное натяжение по формуле 

Результат запишите в таблицу.

  1. Повторите опыт с 2 мл и 3 мл воды.
  2. Найдите среднее значение поверхностного натяжения 

Результат запишите в таблицу.

  1. Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры.
  2. Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.

Относительная погрешность

   Результат запишите в таблицу.

  1. Сделайте вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

  1. Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
  2. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры?
  3. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли?
  4. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше?
  5. Почему следует добиваться медленного падения капель?

Вариант выполнения лабораторной работы.

Результаты измерений:

Количество капель в 1 мл – 21

Количество капель в 2 мл – 40

Количество капель в 3 мл – 59

Помогите с задачей

Никита Ребежа



Мастер

(2391),
закрыт



8 лет назад

Некоторое число “N” капель ртути, радиусом “r” и зарядом “q” сливаются в 1 большую каплю.
Надо найти: Потенциал большой капли, плотность, заряд на ее поверхность.

Cooler Viktor ▶

Просветленный

(28673)


8 лет назад

Объем одной большой капли равен объему всех маленьких капель, т. е.
4πR³ / 3 = N 4πr³ / 3  ⇒ 
Радиус большой капли
R = r ∛N
Заряд большой капли равен суммарному заряду маленьких капель:
Q = N q
Для вакуума электроемкость сферы (металлического шара)
C = 4πε₀R

Потенциал большой капли:
φ = Q / C = Q / 4πε₀R = N q / (4πε₀ r ∛N) = N^(⅔) q / (4πε₀ r) – первый ответ

Плотность заряда на поверхности большой капли:
σ = Q / S = Q / (4πR²) = N q / (4πr² N^(⅔) ) =
= ∛N q / (4πr²) – второй ответ

Сегодня поверхностно рассматриваем тему поверхностного натяжения и решаем соответствующие задачи по физике.

Даже если вы не большой любитель жидкости, подписывайтесь на наш телеграм-канал, это интересно и полезно для всех.

Поверхностное натяжение, задачи

Задача №1. Поверхностное натяжение

Условие

Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия d=2 мм. Оказалось, что n=40 капель имеют массу m=1,9 г. Каким по этим данным получится коэффициент поверхностного натяжения «сигма»?

Решение

На каплю действует сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Эти силы уравновешивают друг друга. Из условия задачи можно найти массу одной капли m0 и длину ее окружности l

Задача №1. Поверхностное натяжение

Далее запишем условие равновесия капли:

Задача №1. Поверхностное натяжение

Отсюда находим коэффициент поверхностного натяжения:

Задача №1. Поверхностное натяжение

Ответ: 75,63*10^-3 Н/м.

Задача №2. Капиллярные явления

Условие

В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на высоту 11 мм. Оценить плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения равен 22 мН/м.

Решение

Для капилляра существует формула:

Задача №2. Капиллярные явления

Альфа в этой формуле – угол смачивания стенки капилляра жидкостью. Пример его равным 90 градусов.

Задача №2. Капиллярные явления

Ответ: 800 килограмм на кубический метр.

Задача №3. Поверхностное натяжение

Условие

В дне сосуда со ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм. При какой максимальной высоте слоя ртути H она не будет вытекать через отверстие?

Решение

Ртуть не будет вытекать до тех пор, пока сила ее давления не превысит силу поверхностного натяжения:

Задача №3. Поверхностное натяжение

Значения коэффициента поверхностного натяжения разных жидкостей берутся в справочнике.

Ответ: 0,2 м.

Задача №4. Поверхностное натяжение

Условие

Швейная игла имеет длину 3,5 см и массу 0,3 г. Будет ли игла лежать на поверхности воды, если ее положить аккуратно?

Решение

Найдем силу тяжести, которая действует на иглу и сравним ее с силой поверхностного натяжения.

Задача №4. Поверхностное натяжение

Ответ: Так как сила тяжести больше, игла утонет.

Задача №5. Поверхностное натяжение

Условие

Тонкое алюминиевое кольцо радиусом 7,8 см соприкасается с мыльным раствором. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора? Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г.

Решение

На кольцо действуют силы поверхностного натяжения, сила тяжести и внешняя сила, стремящаяся оторвать кольцо от поверхности. Найдем силу поверхностного натяжения:

Задача №5. Поверхностное натяжение

Множитель «2» используется в формуле, так как кольцо взаимодействует с жидкостью двумя своими сторонами.

Теперь запишем условие отрыва кольца:

Задача №5. Поверхностное натяжение

Значение поверхностного натяжения мыльного раствора при комнатной температуре возьмем из таблицы, подставим числа, и получим:

Задача №5. Поверхностное натяжение

Ответ: 0,11 Н.

Вопросы на тему «Поверхностное натяжение и свойства жидкостей»

Вопрос 1. Что такое жидкость?

Ответ. Жидкость – физическое тело, которое не может самостоятельно сохранять свою форму. Агрегатное состояние вещества между твердым телом и газом.

Вопрос 2. Какие свойства жидкости вы знаете?

Ответ. Среди основных свойств жидкости можно выделить: 

  • текучесть;
  • вязкость;
  • сохранение объема;
  • поверхностное натяжение.

Вопрос 3. Что такое поверхностное натяжение?

Ответ. Поверхностное натяжение – это явление, при котором жидкость стремиться приобрести форму с наименьшей возможной площадью поверхности.

Примеры поверхностного натяжения в природе:

  1. Именно благодаря поверхностному натяжению в поле силы тяжести Земли жидкость приобретает форму капли.
  2. В отсутствие силы тяжести жидкости капля примет шарообразную форму.
  3. Водомерка удерживается на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения – коэффициент, равный работе, которую необходимо совершить для образования поверхности жидкости площадью S при постоянной температуре.

Вопрос 4. Что такое капиллярные явления?

Ответ. Капиллярные явления – подъем или опускание жидкости в капиллярах (трубках малого диаметра).

Вопрос 5. Что называется смачиванием?

Ответ. Смачивание – это искривление поверхности жидкости вблизи твердого тела. Возникает из-за взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Количественная характеристика этого явления – угол смачивания.

Нужна помощь в решении заданий по учебе? Профессиональный студенческий сервис всегда готов ее оказать! Оформляйте заявку в любое время суток и забудьте о наболевших вопросах.

Найти массу, плотность или объем онлайн

На данной странице калькулятор поможет найти плотность, массу или объем вещества онлайн. Для расчета введите значения в калькулятор.

Объем, масса и плотность


Найти

Масса:

Объем:

Плотность:


Ответы:

Формула для нахождения массы тела через плотность и объем:

m – масса; V – объем; p – плотность.

Формула для нахождения объема тела через плотность и массу:

m – масса; V – объем; p – плотность.

Формула для нахождения плотности тела через объем и массу:

m – масса; V – объем; p – плотность.

Калькулятор

6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ И
ТВЕРДЫХ

ВЕЩЕСТВ

Абсолютная
плотность —
количество
массы вещества, содер­жащееся
в единице объема. В Международной системе
единиц СИ плотность выражается в
килограммах на метр в кубе


За единицу
плотности принята масса 1 см3
чистой воды
при 4°С, так как при этой температуре
вода имеет наибольшую плотность.

Относительная
плотность —
отношение
массы вещества к мас­се
чистой воды при 4°С, взятой в том же
объеме. Численные зна­чения абсолютной
и относительной плотности совпадают,
но от­носительная плотность — величина
безразмерная.

Плотность
органических веществ определяют при
20 °С и отно­сят к плотности воды
припоэтому
плотность органических веществ принято
обозначать которая и является нормируемой
константой.

Экспериментальное
определение плотности часто выполняют
при температуре, отличающейся от 20°С.
Пересчет плотности в диапазоне от 0 °С
до 50 °С на нормируемое значение может
быть выполнен по формуле, предложенной
Д. И. Менделеевым:

где
плотность при температуре испытания,
ко-

эффициент объемного
расширения (для органических веществ
при


температура,
при которой проводилось
измерение, °С.

Плотность жидких
веществ может быть экспериментально
оп­ределена с помощью приборов:
ареометров, гидростатических ве­сов
Вестфаля, пикнометров разного устройства,
а для вязких жид­костей — методом
взвешенных капель. Ареометром определяют
плотность светлых и темных жидкостей,
имеющих вязкость (кине­матическую)Пикнометром
определяют плотность
всех жидких веществ, этот метод наиболее
точен. Метод взвешенных
капель применяют для определения
плотности пара­финов, асфальтенов и
высоковязких масел.

80

Определение
плотности жидких веществ
ареометром

Применение этого
метода основано на законе Архимеда,
со­гласно
которому на тело, погруженное в жидкость,
действует сила, направленная
вертикально вверх и равная весу
вытесненной жид­кости в объеме
погруженной части тела. Для удобства
измерений иногда
в среднюю часть ареометра вставляют
термометр (рис. 6.1). Ареометры
выпускаются с ценой деления от 0,5 до 5
мг/см3.

Для определения
плотности необходимы: ареометр, цилиндр
стеклянный соответствующих размеров
по высоте и диаметру, термометр ртутный
стеклянный с требуемым интервалом
изме­ряемой температуры и ценой
деления шкалы 1 °С, фильтроваль­ная
бумага.

В стеклянный
цилиндр, диаметр которого больше диаметра
по­плавка ареометра в два раза и более,
осторожно по стенке или по стеклянной
палочке наливают испытуемую жидкость
в том коли­честве, чтобы при погружении
в нее ареометра уровень жидкости не
поднялся выше края цилиндра. Если
образовалась пена, ее сни­мают
фильтровальной бумагой. Выдержав 5—10
мин, пока жид­кость
не примет температуру окружающего
воздуха, подбирают по значению
ожидаемой плотности ареометр из набора,
погружают его в жидкость, держа за
верхнюю часть ножки, отпускают на
не­значительное время и следят, чтобы
ареометр не утонул. После подбора
ареометра (он должен плавать и не касаться
стенок ци­линдра) через 5 мин выполняют
отсчет сверху вниз по верхнему краю
мениска (для светлых и темных жидкостей),
при этом глаз определяющего должен
находиться на уровне мениска.

В
достаточно вязкие жидкости (v
> >
200 мм2
при 50°С) ареометр не погружается.
Предварительное нагре­вание
объекта свыше 40°С не дает должного
эффекта, так как погреш­ность
при вычислении действительной плотности
по формуле (6.1) превы­шает
допустимую (±0,005 г/см3).
По­этому
перед определением плотности очень
вязких веществ их предваритель­но
разбавляют равным объемом ос­ветленного
керосина.

Плотность разбавителя
предвари­тельно
определяют тем же ареометром. Принимаем,
что плотность смеси ис­пытуемого
вязкого продукта р, и раз­бавителя
р2
подчиняется правилу ад­дитивности
(объем целого тела равен

81

пературной
поправкивзятой
в области отсчета плотности пошкале
ареометра. Предельная абсолютная
погрешность отсчета плот­ности
по шкале ареометраможет
быть принята равной значе­нию
наименьшего деления шкалы ареометраАбсолютная
по­грешность метода измерения
плотностиможет
быть оценена сравнением с результатом
определения плотности вещества дру­гим
методом, например пикнометрическим.

Величинойможно
пренебречь. Другие погрешностидля однократного измерения представляются
как допускаемые. Поэтому максимальную
погрешность результата измерения мож­но
вычислить по уравнению:

где
коэффициенты весомости проявления
каждой по-

грешности в процессе
измерения, они могут быть рассчитаны
по формулам:

Определение
плотности жидких веществ
пикнометрическим
методом

Этот метод наиболее
точен и основан на сравнении массы
ис­пытуемого
вещества определенного объема при
определенной тем­пературе
с массой воды того же объема и при той
же температуре. Метод пригоден для
определения плотности любых жидких
орга­нических
веществ. Испытание проводят в пикнометрах
разных объе­мов
и форм. Чаще всего используют пикнометры
емкостью от 1 до 50 мл.

Для определения
плотности необходимы: пикнометр (рис.
6.2), водяная баня или термо­стат, где
поддерживается температура с точ­ностью
±0,1 °С, термометр ртутный стеклян­ный
с ценой деления 0,1 °С, аналитические
весы, пипетка с оттянутым капилляром,
вода дистиллированная, фильтровальная
бумага.

Сначала
для пикнометра определяют «вод­ное
число» — массу дистиллированной воды
в объеме
пикнометра при 20°С. Для этого про­мытый
пикнометр высушивают, взвешивают

83

Определение
плотности твердых веществ

Для определения
плотности твердых веществ применяют
пик­нометры, называемые волюмометрами.
Емкость таких пикномет­ров обычно 50
мл. Вещество, относительную плотность
которого нужно определить, должно не
растворяться в растворителях. В ка­честве
растворителей применяют этанол,
хлороформ, керосин и другие растворители.

Перед определением
плотности твердого вещества его
измель­чают
в фарфоровой ступке, высушивают в
сушильном шкафу 1,5 — 2
ч при

Относительную
плотность твердого вещества начинают
опреде­лять
с относительной плотности выбранного
растворителя. В волю-мометр,
тщательно вымытый, высушенный и взвешенный
на ана­литических весах, помещают
растворитель и снова взвешивают. В тот
же волюмометр, также подготовленный к
работе, насыпают несколько
граммов исследуемого измельченного
вещества, взвеши­вают,
определяя навеску вещества.

Затем наливают в
волюмометр небольшими порциями
раство­ритель.
Содержимое волюмометра тщательно
перемешивают встря­хиванием.
По заполнении волюмометра на 2/3
объема его помеща­ют
на 1 — 2 ч в водяную баню, нагретую до 60
— 65°С,
для удале­ния
пузырьков воздуха. Затем волюмометр
охлаждают, доливают растворитель до
метки и взвешивают, определяя массу
волюмо­метра с измельченным веществом
и растворителем.

Относительную
плотность твердого вещества определяют
по уравнению:

где
относительная плотность жидкости;
масса измель­ченного вещества, навески,
г;
масса пикнометра, наполнен­ного
растворителем, г;
масса пикнометра с измельченным веществом
и растворителем, г.

Правильно
определить плотность твердого вещества
можно толь­ко
при условии полного удаления воздуха.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Добавить комментарий