Bài 40. Thực hành: Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng

Bài 40. Thực hành: Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài...

§o hÖ sè c¨ng bÒ mÆt cña chÊt láng

I Mục đích

1 Khảo sát hiện t ơng căng bề mặt của chất lỏng

2 Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng.

II Dụng cụ thí nghiệm

1 Lực kế 0,1N có độ chia nhỏ nhất 0,001N.

2 Vòng kim loại (nhôm) có dây treo.

3 Hai cốc nhựa A, B đựng n ớc nối

thông nhau bằng một ống cao su

Silicon.

4 Th ớc kẹp 0 – 150 mm, độ chia nhỏ nhất 0,02 mm.

5 Giá treo lực kế

III Cơ sở lý thuyết

Phươngưphápưđoưlựcưcăngưbềưmặtưvàưhệưsốưcăngưbềưmặt:

ư Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo ph ơng tiếp

tuyến với mặt thoáng Những lực căng này làm cho mặt thoáng của chất lỏng có khuynh h ơng co lại đến diện tích nhỏ nhất Chúng đ ợc gọi là những lực căng bề mặt ( hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng.

Có nhiều ph ơng pháp đo lực căng bề mặt Trong bài này ta dùng một lực kế nhạy(loại 0,1N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ớt hoàn toàn đối với chất lỏng cần đo.

Nhúng đáy vòng chạm vào mặt

chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng Khi đáy vòng vừa đ ợc nâng lên

trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng : một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh

chu vi trong của vòng, có khuynh

h ớng kéo vòng vào chất lỏng.

Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực

căng bề mặt của chất lỏng tác

dụng lên chu vi ngoài và chu vi

trong của vòng.

Do vòng bị chất lỏng dính ớt hoàn

toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng

căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng F c có cùng ph ơng chiều với trọng lực P của vòng Giá trị F đo

đ ợc trên lực kế bằng tổng của hai lực này:

F = F c + P

Đo P và F ta xác định đ ợc lực căng

bề mặt F c tác dụng lên vòng.

Giá trị lực căng bề mặt tác dụng lên một

đơn vị dài của chu vi gọi là hệ số căng

bề mặt ð của chất lỏng Gọi L 1 là chu vi ngoài và L 2 là chu vi trong của chiếc

vòng, ta tính đ ợc hệ số căng bề mặt

của chất lỏng ở nhiệt độ nghiên cứu:

ở đây D và d là đ ờng kính ngoài và đ ờng kính trong của vòng.

)

(

2

P

F L

L

F c

+

−

= +

=

π σ

IV Giới thiệu dụng cụ đo

1 Chiếc vòng kim loại (nhôm) dùng trong thí

nghiệm bài này là loại vật rắn có tính dính ớt hoàn toàn đối với chất lỏng cần nghiên cứu( n

ớc ) Tr ớc khi đo cần lau sạch các chất bẩn bám vào mặt vòng, để có kết quả đo chính xác.

2 Th ớc kẹp dùng đo chu vi ngoài và chu vi

trong của chiếc vòng là loại dụng cụ đo chiều dài chính xác hơn th ớc milimét Độ chia nhỏ

nhất của th ớc kẹp, tuỳ loại, có thể đại tới 0,1; 0,05 hoặc 0,02 mm.

Trình tự thí nghiệm

A Đo lực căng Fc

1 Lau sạch chiếc vòng bằng giấy

mềm Móc dây treo vòng vào lực kế 0,1N, rồi treo lực kế vào thanh

ngangcủa giá đỡ để đo trọng l ợng P của chiếc vòng Lặp lại phép đo P

thêm 4 lần và ghi các giá trị đo đ ợc vào bảng 40.1.

2 Đặt hai cốc A, B có ống cao su nối

thông nhau lên mặt bàn Đổ chất

lỏng cần đo hệ số căng mặt ngoài( n

ớc cất, hoặc n ớc sạch) vào hai cốc, sao cho l ợng n ớc chiếm khoảng 50% dung tích mỗi cốc Đặt cốc A ngay d ới vòng nhôm đang treo trên lực kế Đặt cốc

B lên mặt tấm đế của giá đỡ ( mặt

tấm đế cao hơn mặt bàn khoảng

30mm) Sau khi mực n ớc trong hai cốc ngang bằng nhau, nâng cốc B cho n ớc chảy sang cốc A, đến khi mặt n ớc

tiếp xúc với mặt đáy của vòng nhôm thì dừng lại.

3 Hạ cốc B xuống mặt bàn để n ớc trong cốc A lại từ từ chảy sang

cốc B Quan sát vòng và lực kế,

ta thấy đáy vòng nh bị “dính” vào mặt n ớc nên khi mặt n ớc

trong cốc A hạ xuống thì vòng

bị kéo xuống theo, làm cho số

chỉ trên lực kế tăng dần

Cho đến khi bắt đầu xuất hiện một

màng chất lỏng bám quanh chu vi đáy

vòng ở vị trí cao hơn mặt thoáng, thì

số chỉ trên lực kế không tăng nữa, mặc

dù mặt chất lỏng tiếp tục hạ xuống và

màng chất lỏng bám quanh vòng tiếp

tục bị kéo dài ra, tr ớc khi nó bị dứt đứt Giá trị lực F chỉ trên lực kế ở thời điểm ngay tr ớc khi màng lỏng bị đứt, đúng

bằng tổng của trọng l ợng P của vòng và

độ lớn F c của lực căng bề mặt chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng Ghi giá trị của lực F.

5 Đặt lại cốc B lên mặt tấm đế và lặp lại thêm 4 lần các b ớc 3 và 4 ghi các giá trị lực F đo đ ợc vào

bảng 40.1.

B Đo đ ờng kính ngoài và đ ờng kính

trong của vòng.

1 Dùng th ớc kẹp đo 5 lần đ ờng kính

ngoài D và đ ờng kính trong d của

vòng, ghi vào bảng 40.2.

Ghi chú : Tromg tr ờng hợp đáy vòng đ ợc vát mỏng sao cho D ~d thì tổng chu vi vòng có thể xác định theo công thức L 1

+ L 2 2π.D Nh vậy ta chỉ cần đo đ ờng kính ngoài D của chiếc vòng.

2 Kết thúc thí nghiệm : Nhấc vòng ra

khỏi lực kế, lau khô và cất trong hộp

nhựa sạch.

≈

Báo cáo thực hành

Họ và

tên Lớp Ngày Tên bài thực

hành

I Trả lời câu hỏi

* Nêu ví dụ về hiện t ợng dính ớt và không dính ớt của chất lỏng?

* Lực căng bề mặt là gì? Nêu ph ơng pháp dùng lực kế đo lực căng bề mặt và xác

định hệ số căng bề mặt Viết công thức thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt theo ph ơng pháp này?

KÕt qu¶ thùc hµnh

§é chia nhá nhÊt cña lùc kÕ : 0,001

(N)

F (N)

Fc = F – P

(N)

∆Fc (N)

1

2

3

4

5

Gi¸ trÞ

trung

b×nh

B¶ng 40.2

§é chia nhá nhÊt cña th íc kÑp : 0,05 mm

(mm)

∆D (mm)

d (mm)

∆d (mm) 1

2

3

4

5

TB

• Tính giá trị trung bình, sai số tuyệt

đối và sai số tuyệt đối trung bình của các lực P, F, đ ờng kính D, d và

ghi vào bảng 40.1 và bảng 40.2.

căng mặt ngoài của n ớc :

)

+

=

d D

π σ

• Tính sai số tỷ đối của phép đo:

một nửa độ chia nhỏ nhất của lực kế)

lấy bằng một độ chia nhỏ nhất của th ớc kẹp)

= +

∆ +

∆ +

∆ +

∆

=

∆

=

d D

d

D F

F c

c

π

π σ

σ δσ

'

2 F

F

∆

'

D D

∆

• Tính sai số tuyệt đối của phép

đo:

• Viết kết quả của phép đo:

Chú ý: Giá trị của phụ thuộc

nhiệt độ và độ tinh khiết của n

ớc Với n ớc cất ở 200C ng ời ta đo đ

ợc = 73,0.10-3 N/m.

=

=

∆ +

σ