Реферати українською » Физика » Поверхностное натяг


Реферат Поверхностное натяг

Предыдущая страница | Страница 2 из 2
невеликих крапель рідини. Добре, наприклад, шаровидная форма крапель ртуті, що має коефіцієнт поверхового натягу, як і в багатьох інших розплавлених металів, досить великий - близько 500 дин/см. Цим самим пояснюється майже суворо шаровидная форма крапель рідини, що випливають із вузької трубки.

При виході з трубки розмір краплі поступово наростає, але відривається вона тільки тоді ми, коли сягає цілком певного розміру. Це тому, що поки крапля недостатньо велика, сили поверхового натягу вистачає здобуття права протистояти силі тяжкості й не допустити відрив.

Відрив ж таки відбудеться тоді, коли вагу краплі стане рівним силі поверхового натягу, утримує її. Звідси випливає, що з спостережень над відривом крапель можна визначити чисельна значення коефіцієнта поверхового натягу.

На рис. 5 показаний процес освіти краплі. Перед відривом утворюється шийка, радіус якої трохи менше радіуса трубки. Уздовж окружності цієї шийки і діє сила поверхового натягу (рис. 6), що у момент відриву мусить бути дорівнює силі тяжкості.

Якщо радіус шийкиr, а коефіцієнт поверхового натягу рідини , то сила поверхового натягу дорівнює, очевидно,. Отже, відрив краплі відбувається за умови:

(5)

                              Рис. 5 Рис. 6

Вимірявши вагу Р оторвавшейся краплі і радіус шийки в останній момент відриву, можна визначити коефіцієнт поверхового натягу рідини. Досягнення необхідної точності у визначенні радіуса шийки отрывающуюся краплю проектують з заздалегідь відомим збільшенням на екран, що й виробляється вимір діаметра. При грубих вимірах діаметр шийки приймають приблизно рівним діаметру отвори. Вага Р отрывающейся краплі вимірюється на аналітичних терезах. Зазвичай, у цілях підвищення точності виміру відраховують певна кількість крапель і вимірюють їхній загальний вагу.

Описаний спосіб експериментального визначення коефіцієнта поверхового натягу дає хороші результати, як і раніше, що насправді відрив краплі відбувається зовсім така, як описано вище. Насправді крапля не відривається лінією окружності шийки. У час, коли розмір краплі сягає значення, що визначається рівністю (5), шийка починає швидко звужуватися, як і показано на рис. 5,г, причому її супроводжує ще одне маленька крапля, як і показано на рис. 5,д.


Метод дротяною рамки.


Рис. 7

Простий прилад для грубих вимірів що така показаний на рис. 7. Опустимо в воду мідну зволікання, вигнуту, як показано малюнку, зачепить зволікання чутливим пружинним динамометром і надто повільно, без поштовхів піднімати її вгору. Показание динамометра буде поступово зростатиме і досягне максимального значення, коли із води видасться водяний плівка, повисла на дротику. Отсчитав показання динамометра і, прийнявши до уваги вагу зволікання, знайдемо силу, яка розтягує плівку. При довжині зволікання 5 див ця сила становить близько 0,0070 М; звідси

Для зменшення впливу домішок потрібно безпосередньо перед досвідом обробити рамку спиртом. Вплинув на результати надає як і то, наскільки рівномірно піднімається динамометр. Цю рівномірність зазвичай досягають тим, що динамометр залишають нерухомим, а рівень рідини поступово зменшують. Виконуються серії дослідів з дротовими рамками різною довжини.


Метод кільця.

Рис. 8

Цей метод подібний до методу дротяною рамки єдиним відзнакою і те, що замість рамки у ньому використовується металеве кільце див. мал.8. І тут довжина плівки окреслюється сума довжин окружностей зовнішньою і внутрішньою сторін кільця.


Крім елементарних методів визначення коефіцієнта поверхового натягу рідин, наведені вище існують багатьох інших, точніші методи. окремі описуються нижче.

Метод капиллярных хвиль.

Рис. 9

Капиллярные хвилі - тут назва відомого всім явища «ряби» лежить на поверхні рідини. Утворюються ці хвилі під впливом невеликих обурення і їх виникнення пов'язані з силами поверхового натягу. Механізм освіти капілярних хвиль загалом наступний. Під впливом тих чи інших зовнішніх впливів поверхню рідини у цьому місці «удавлюється», стаючи увігнутим (див. мал.9, а), тиск на верстви рідини цим увігнутим поверхнею дедалі менше (на величину ), ніж тиск у сусідніх шарах, де поверхню залишилася пласкою. Виникла в такий спосіб різницю тисків змушує рідина із сусідніх верств доливати під увігнуту поверхню, і рідина знову встає до початковому рівню, але проходить його за інерції з допомогою накопиченої кінетичній енергії. Поверхня тому стане опуклої, і тиск, обумовлене кривизною його поверхні, нині спрямоване вниз (рис. 9, б).

Зрозуміло, що така коливання рідини щодо одного місці змусить і сусідні точки здійснювати таку ж коливання. І це отже - що явище має хвильової характер. Капиллярные хвилі відрізняються малої амплітудою й малої довжиною хвиль. Через дрібниці амплітуди можна знехтувати впливом сили тяжкості, яка може викликати таку ж дію (силі тяжкості зобов'язані й походженням круті морські хвилі). Хвилі лише у випадках і називаються капиллярными, як у їх освіті беруть участь тільки сили поверхового натягу і вони утворюються з допомогою значної кривизни на гребені і западині хвилі.

Розрахунок свідчить, що параметри капілярних хвиль пов'язані з коефіцієнтом поверхового натягу наступним рівнянням:

(6)

де n - частота коливань в хвилі, - довжина хвилі і -щільність рідини. Формула (6) і можна використовувати визначення коефіцієнта поверхового натягу рідини, щільність якої відома. І тому необхідно виміряти частоту коливань і довжину хвилі. Зазвичай вимірюють швидкість поширення хвиль, з якою частота коливань пов'язана простим співвідношенням.


Метод краплі і пляшечки.

Цей метод грунтується на спостереженні великої краплі рідини на пласкою поверхні, і повітряного пляшечки (теж великого розміру) у тій рідини.

Рис. 10

Нехай на горизонтальній площині (рис. 10) освічена велика крапля досліджуваної рідини, настільки велика, що поверхню скрізь, крім країв, пласка, і нехай крайової кут біля кордонів краплі. Умовою рівноваги краплі є рівність абсолютних значень сил, прагнуть перетворити їх у тонку плівку, й снаги, прагнуть дати їй сферичну форму. Растянуть краплю в тонку плівку прагне, по-перше, гравітація і, по-друге, сила поверхового натягу за українсько-словацьким кордоном між рідиною та міцної підкладкою. Сферическую ж форму краплі прагне надати сила поверхового натягу лежить на поверхні рідини.

Розглянемо вертикальне перетин краплі, перпендикулярне до площині креслення, і виділимо у тому сечении майданчик заввишкиh (висота краплі) і один див. Завдяки силі тяжкості у цьому сечении діє гідростатичний тиск. Середнє його значення одно , де - щільність рідини і g - прискорення вільного падіння. Сила ж f, викликана їм, дорівнює

(площа виділеної майданчики дорівнюєh!). Напрям цієї сили показано на рис. 10, а.

Горизонтальна складоваf ' поверхового натягу за українсько-словацьким кордоном рідини і підкладки, віднесена до одиниці довжини, дорівнює . Адресована вона така ж, як силаf, разом із ній прагне перетворити краплю в плівку. Цим двом силам протистоїть сила поверхового натягу лежить на поверхні рідини f", спрямована проти неї і рівна (на одиницю довжини). Отже, умова рівноваги краплі можна записати як

чи

(7)

Розглянемо тепер повітряний пляшечку у тій рідини (рис. 10,6). Якщо пляшечку досить великий, що його «дно» було пласким, то міркування, подібні хіба що наведених, показують, що умовою рівноваги пляшечки буде рівність

(8)

деd - висота пляшечки. Складывая (7) і (8), одержимо:

(9)

Отже, визначення коефіцієнта поверхового натягу досить виміряти висоти краплі і пляшечки.

Цікаво, що ж досвід можна використовувати й у визначення крайового кута . У насправді, якщо відняти (7) з (8), одержимо:

Але з рівнянню (9) отже, для виходить рівність

Рис. 11

Отже, визначення також потрібна виміряти лишеd іh. Експериментально d і h визначаються з допомогою манометра особливому форми, показаної на рис. 11. Після ретельної очищення манометр наповнюється досліджуваної рідиною, після чого частина рідини відсмоктується те щоб утворився пляшечку достатнього розміру. Потім робиться відлік по манометру і цим визначається становище «дна» пляшечки. Після цього, у прилад додають рідина, щоб у поверхні скла, який покриває широке коліно манометра, велика крапля рідини (на рис. 11 показано пунктиром). Новий відлік по манометру дасть становище підстави краплі. Нарешті, з допомогою спеціального приладу (сферометра) визначають висоту краплі h. Знаючи товщину скла, можна тепер із двох отсчетов по манометру визначитиd і обчислити як коефіцієнт поверхового натягу, і крайової кут.


Коефіцієнти поверхового натягу деяких рідин:

Рідина температура Поверхностное натяг Н/М

Вода

Розчин мила у питній воді

Спирт

Ефір

Ртуть

Золото

Жидкий водень

Жидкий гелій

20

20

20

25

20

1130

-253

-269

0,0725

0,040

0,022

0,017

0,470

1,102

0,0021

0,00012


Предыдущая страница | Страница 2 из 2

Схожі реферати:

Нові надходження

Замовлення реферату

Реклама

Навігація