yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Фізика->Содержание->Контрольні питання[6])

Физика

Мета роботи: 1) виміряти коефіцієнт поверхневого натягу води; 2) дослідити залежність коефіцієнта поверхневого натягу від концентрації поверхнево-активних речовин (ПАР).

Обладнання і матеріали: 1) динамометр ДПН; 2) штатив; 3) дротяна петля; 4) пінцет; 5) чашка ємністю 100 см3; 6) піпетка; 7) розчин із поверхнево-активною речовиною (ПАР).

 

15.1.1 Опис експериментальної установки та методу дослідження

Сили, що діють між молекулами, є короткодіючими. Вони зменшуються практично до нуля на відстані, що не перевищує 10 діаметрів молекули d. Отже, на кожну молекулу діють усі інші молекули, які перебувають у межах сфери радіусом . Саме тому  називають радіусом сфери молекулярної дії.

Розглянемо молекулу, що перебуває углибині рідини (рис. 3.2.1), тобто відстань від поверхні більша за радіус молекулярної дії . Навколо неї у сфері радіусом  знаходяться інші молекули рідини. Завдяки сферичній симетрії розміщення молекул результуюча сила, що діє на молекулу в центрі такої сфери, дорівнює нулю.

Зовсім інша ситуація виникає, коли молекула перебуває на меншій за радіус дії молекулярних сил відстані  від поверхні. Проведемо навколо неї сферу з радіусом  (рис. 3.2.1). Ця сфера перетинатиме поверхню рідини. Тому вона буде лише частково заповнена її молекулами. Саме тому результуюча сила, що діє на молекулу в центрі такої сфери, не дорівнюватиме нулю. Вона буде перпендикулярною до поверхні і спрямованою всередину рідини. Таким чином, молекули, що перебувають біля поверхні рідини на відстані, яка не перевищує радіус дії молекулярних сил , під дією молекулярних сил утягуються всередину рідини. Такі молекули здавлюють рідину з усіх боків, створюючи так званий внутрішній тиск. Як правило, внутрішній тиск у тисячі разів більший за зовнішній. Тому рідина практично не стискається.

 

Рисунок 3.2.1 – Молекула вглибині рідини (ліворуч) і в поверхневому шарі (праворуч),  – радіус молекулярної дії

 

Через те, що молекули поверхневого шару втягуються вглиб рідини, поверхня прагне зменшитися подібно розтягнутій гумовій плівці. Розглянемо поверхню рідини, що обмежена замкненим контуром. Тенденція поверхні рідини до її зменшення приводить до того, що на контур діють сили, які перпендикулярні до нього і дотичні до поверхні рідини. Ці сили називають силами поверхневого натягу. Експериментально було з’ясовано, що сила поверхневого натягу  прямо пропорційна довжині контуру :

                                            ,                               (3.2.1)

де  – коефіцієнт пропорційності, що отримав назву коефіцієнта поверхневого натягу. Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від властивості рідини. Згідно з означенням коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини контуру.

Розглянемо дослід зі збільшенням поверхні рідини. Для цього зануримо в рідину петлю, а потім її витягнемо, як це показано на рис. 3.2.2. Бачимо, що на петлю довжиною l діє сила поверхневого натягу  (рис. 3.2.2). Згідно з формулою (3.2.2) ця сила

                                            .

Множник 2 пов’язаний з тим, що у плівки є дві поверхні. Тобто довжина контуру дорівнює . Вимірявши силу  та довжину петлі l, можна знайти коефіцієнт поверхневого натягу:

 

36