XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование поверхностного натяжения жидкости

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Ибрагимова Я.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение города Мурманска "Гимназия № 2"

Засухина Е.В. 1

---

1МБОУ г. Мурманска "Гимназия №2"

Работа в формате PDF

256.8 KB

Работа посвящена изучению молекулярной теории поверхностного натяжения жидкостей. Проведены экспериментальные исследования по изучению свойств поверхностного слоя жидкости от факторов, влияющих на изменение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Сформулированы выводы о практическом использование результатов эксперимента по изучению свойств поверхностного натяжения в быту.

Выбор темы обусловлен тем, что поверхностное натяжение играет важную роль в жизни природы, человека и техники и перспективно в современных исследованиях в области нанотехнологии, медицины и экологии.

Цель работы: исследовать зависимость поверхностного натяжения от наличия примесей, изменения температуры и рода жидкости.

В исследовании использовались следующие методы: теоретические и экспериментальные, аналитические.

В работе проведены эксперименты по измерению коэффициента поверхностного натяжения воды и ряда других жидкостей с использованием методом отрыва капель и методом отрыва петли.

Исследована зависимость поверхностного натяжения от наличия примесей, изменения температуры и рода жидкости.

Практическая значимость исследования работы связана с тем, что поверхностное натяжение играет важную роль в жизни природы, человека и техники. Результаты данного исследования могут быть полезны для образовательных целей и демонстрации школьникам физических явлений. Было создано методическое пособие по изучению темы «Поверхностное натяжение жидкости», практическая значимость которого заключается в возможности использования полученных результатов на уроках физики и во внеурочное время.

Ключевые слова: поверхностное натяжение, коэффициент поверхностного натяжения, сила поверхностного натяжения, поверхностная энергия, поверхностный слой, капиллярные явления.

Введение

Среди всех веществ на Земле вода обладает уникальными физическими свойствами. Она является важнейшим звеном, объединяющим все живое на нашей планете. Организм взрослого человека на 70% состоит из воды, все биологические процессы обмена веществ протекают в водном растворе. Вода используется для различных технологических процессов и обладает некоторыми аномальными свойствами, не характерными для других жидкостей. Одним из таких удивительных свойств является поверхностное натяжение. Особые свойства поверхностного слоя жидкости можно наблюдать, когда отдельные капли воды стремятся принять шарообразную форму, образуется тонкая пленка при выдувании мыльного пузыря, питаются растения, поднимая воду по капиллярам, некоторые насекомые скользят по поверхности воды. Поверхностное натяжение играет важную роль в физиологии нашего организма и нас самих. Так, в медицине измеряют коэффициент поверхностного натяжения сыворотки крови для диагностики заболеваний и контроля за проводимым лечением. Поэтому изучение необыкновенных свойств воды, несомненно, актуально.

Поверхностное натяжение воды – это физическое явление, связанное с особенностями молекулярного взаимодействия. Молекулы внутри жидкости притягиваются друг к другу равномерно, а на поверхности – только со стороны внутреннего объема. В результате образуется как бы упругая пленка. Это явление было замечено еще в XVII веке натуралистами, наблюдавшими насекомых, способных «ходить по воде».

В XIX веке известные физики, такие как Пьер Лаплас и Томас Юнг, дали теоретическое объяснение поверхностным силам и вывели первые математические описания. В XX веке исследования продолжили в Европе, США и СССР, связывая поверхностное натяжение с химическими и физическими свойствами жидкостей. Современные исследования рассматривают поверхностное натяжение применительно к нанотехнологиям, медицине и экологии.

Настоящее исследование направлено на то, чтобы продемонстрировать поверхностное натяжение и исследовать зависимость коэффициент поверхностного натяжения от рода вещества и внешних факторов.

Цель работы: исследовать зависимость поверхностного натяжения от наличия примесей, изменения температуры и рода жидкости.

Задачи:

1. Изучить физические основы явления поверхностного натяжения жидкостей.

2. Ознакомиться с существующими способами определения коэффициента поверхностного натяжения.

3. Провести эксперимент по измерению коэффициента поверхностного натяжения воды и ряда других жидкостей с использованием методом отрыва капель и методом отрыва петли.

4. Сопоставить результаты эксперимента с известными справочными данными.

5. Определить основные факторы, влияющие на величину коэффициента поверхностного натяжения воды.

6. Обработать результаты опыта и сформулировать выводы о практическом значении поверхностного натяжения в быту.

Объект исследования: поверхностное натяжение жидкостей.

Предмет исследования: коэффициент поверхностного натяжения воды и других жидкостей.

Гипотеза: наличие примесей, растворенных в жидкости, изменение ее температуры и род вещества изменяют коэффициент поверхностного натяжения.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:теоретический: изучение специальной литературы, анализ результатов эксперимента, формулирование выводов; аналитический и экспериментальный: измерение коэффициента поверхностного натяжения методами отрыва петли и отрыва капель, исследование факторов, влияющих на коэффициент поверхностного натяжения воды.

Исследование проводилось в три этапа:

Подготовительный: выбор темы, формулирование целей, составление плана исследований.

Содержательный: изучение молекулярной теории поверхностного натяжения жидкостей, знакомство с методами измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, проведение экспериментальных исследований по определению коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, анализ факторов, влияющих на изменение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

Заключительный: представление результатов исследования.

Практическая значимость исследования работы связана с тем, что поверхностное натяжение играет важную роль в жизни природы, человека и техники. Результаты данного исследования могут быть полезны для образовательных целей и демонстрации школьникам физических явлений на уроках физики и во внеурочное время.

Основная часть

Теоретические основы изучения поверхностного натяжения воды

Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Жидкости обладают объемной упругостью, то есть сопротивляются изменению своего объема, но при этом не имеют упругости формы, как твердые тела. В отличие от газов жидкость не заполняет весь сосуд, в который ее налили. Поверхность жидкости, соприкасающаяся с другой средой – воздухом, собственным паром, другой жидкостью или стенками сосуда, – находится в особых условиях по сравнению с внутренними слоями [5].

Эти особые условия возникают из-за того, что молекулы на поверхности окружены не со всех сторон. В глубине жидкости молекулы равномерно притягиваются к соседям, а на поверхности часть соседей заменена молекулами другой среды. В результате силы, действующие на молекулы поверхностного слоя, оказываются неуравновешенными. Возникает результирующая сила, которая направлена внутрь жидкости. Поэтому перемещение молекулы из глубины на поверхность требует совершения работы против этих сил.

Если жидкость граничит со своим насыщенным паром, молекулы поверхностного слоя испытывают большее притяжение со стороны жидкости, чем со стороны пара, поскольку плотность молекул в жидкости гораздо выше. Это приводит к тому, что молекулы на поверхности втягиваются внутрь, создавая дополнительное давление – так называемое молекулярное давление. Оно очень велико, достигает десятков тысяч атмосфер, что объясняет малую сжимаемость жидкостей.

Чтобы переместить молекулу изнутри на поверхность, необходимо затратить энергию. Молекулы поверхностного слоя обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри. Эта энергия называется поверхностной энергией. Любая система стремится к минимальной потенциальной энергии, поэтому жидкость старается уменьшить площадь своей свободной поверхности. Именно поэтому капля воды всегда стремится принять форму шара, которая является минимальной по площади при заданном объеме [1].

Таким образом, поверхностный слой жидкости ведет себя как эластичная пленка, охватывающая всю жидкость. При растяжении поверхности под действием внешних сил сила поверхностного натяжения направлена вдоль поверхности против растяжения. Однако это не то же самое, что резиновая пленка: при растяжении жидкой пленки расстояние между молекулами не увеличивается, а растяжение достигается за счет перехода новых молекул из объема в поверхностный слой. Поэтому сила поверхностного натяжения не зависит от площади поверхности. Сила поверхностного натяжения– сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

Перемещение молекулы с поверхности внутрь сопровождается выделением энергии, а обратный процесс – требует внешней работы. При этом на жидкость действуют также внешние силы: сила тяжести и силы взаимодействия с твердыми стенками сосуда. В обычных условиях при большом объеме жидкости форма определяется в первую очередь силой тяжести, и жидкость принимает форму тонкого слоя. Но в условиях невесомости поверхностное натяжение становится решающим фактором, и жидкость образует сферу.

Таким образом, поверхностное натяжение имеет два толкования:

• энергетическое: работа увеличения поверхности жидкости при ее растяжении;

• силовое (механическое): сила, действующая на единицу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости [3].

Явление поверхностного натяжения можно кратко определить, как стремление жидкости сократить свою свободную поверхность.

Проявления поверхностного натяжения:

• В условиях невесомости капля жидкости принимает форму шара.

• Струя воды имеет цилиндрическую форму и «слипается».

• Маленькие предметы, плотность которых больше плотности жидкости, могут удерживаться на поверхности, если их вес не превышает силы поверхностного натяжения.

• В природе можно отметить ящерицу – василиска Иисус Христа (Basiliscus sp.), которая за счет быстрого перебирания широких перепончатых задних лап, способна бегать по воде, при этом поверхностная плёнка воды не успевает прорваться под весом тела. Каждый раз, опуская лапу, ящерица как бы захватывает пальцами пузырёк воздуха, благодаря чему не намокает при беге.

• На несмачиваемых поверхностях вода собирается в капли.

Каждое вещество в определённых условиях может находиться в различных агрегатных состояниях: твёрдом, жидком или газообразном. При рассмотрении процессов, происходящих на границе раздела жидкость – газ, становится очевидным, что поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекулы, находящиеся на поверхности, притягиваются молекулами из объёма жидкости. Влияние молекул газа можно считать незначительным из-за их малой плотности. В результате на молекулы поверхностного слоя действует результирующая сила, направленная внутрь жидкости, что приводит к избытку потенциальной энергии по сравнению с молекулами в её глубине [4].

Перевод молекулы из объёма жидкости на поверхность требует совершения работы. При увеличении площади поверхности жидкости возрастает её внутренняя энергия. Эта часть энергии называется поверхностной энергией и зависит от площади поверхности, сил молекулярного взаимодействия и числа соседних молекул.

Рисунок 1. Молекулярный механизм поверхностного натяжения

Поверхностная энергия определяется выражением:

где σ – коэффициент поверхностного натяжения;

S – площадь поверхности жидкости.

Размерность: [σ] = Дж/м²

Это энергетическое определение поверхностного натяжения.

Согласно принципу минимизации энергии, система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией. Поэтому свободная поверхность жидкости сокращается, и капля принимает шарообразную форму, так как у сферы минимальная площадь поверхности при заданном объёме.

Жидкость ведёт себя так, как будто по касательной к её поверхности действуют силы, стремящиеся сократить эту поверхность. Поверхностное натяжение – явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. Силы, действующие внутри слоя, называют силами поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения - сила, направленная по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно участку контура, ограничивающего поверхность, в сторону ее сокращения.

Сила поверхностного натяжения выражается формулой:

где ℓ – длина линии, ограничивающей поверхность жидкости. Размерность: [σ] = Н/м. Это механическое определение поверхностного натяжения [3].

Рисунок 2. Определение силы поверхностного натяжения

Особенности поведения поверхностного слоя жидкости проявляются и на границе жидкость – твердое тело. Если взаимодействие жидкости с твёрдым телом сильнее, чем между её собственными молекулами, жидкость растекается и смачивает поверхность. Если же преобладают силы сцепления молекул жидкости между собой, она не смачивает тело и собирается в капли.

Характеристикой смачивания является краевой угол θ между касательной к поверхности жидкости и твёрдой поверхностью. Для смачивающих жидкостей θ острый, для несмачивающих – тупой. При полном смачивании θ = 0°, при полном несмачивании θ = 180° [3].

Рисунок 3. Краевые углы смачивания

В природе и технике часто встречаются пористые материалы и капилляры. В них проявляется действие поверхностного натяжения: жидкость поднимается или опускается в капиллярах в зависимости от характера смачивания. Так происходит, например, подъем воды в стеблях растений.

Высота подъёма жидкости в капилляре рассчитывается по формуле:

где ρ – плотность жидкости,

r – радиус капилляра,

g – ускорение свободного падения.

Для определения коэффициента поверхностного натяжения применяют статические и динамические методы. Статические методы (подъём в капилляре, метод отрыва капли, метод лежачей капли) основаны на исследовании неподвижной поверхности. Динамические методы (счёт капель, метод отрыва петли, метод максимального давления пузырька, метод втягивания пластины) предполагают механическое воздействие на жидкость.

Метод счета капель основан на определении массы отдельной капли. При вытекании из шприца капля удерживается силами поверхностного натяжения до момента отрыва. В этот момент сила поверхностного натяжения равна силе тяжести, действующей на каплю.

Условие равновесия:

Масса капли определяется делением общей массы жидкости M на число капель N.

Формула для вычисления коэффициента поверхностного натяжения методом капель:

Метод проволочной рамки заключается в том, что в жидкость погружают прямоугольную рамку, соединённую с динамометром. При её поднятии на поверхности образуется жидкая плёнка, которая тянет рамку вниз. По силе натяжения, измеренной динамометром, вычисляют коэффициент поверхностного натяжения.

Рисунок 3. Метод проволочной петли

Формула метода рамки:

Экспериментальная часть

Эксперимент № 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей методом отрыва капель.

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения ряда жидкостей методом отрыва капель.

Оборудование и материалы: исследуемые жидкости (чистая вода, талая вода, минеральная вода, водные растворы сахара и соли, молоко, подсолнечное масло, напиток «Кока-кола»), стеклянный сосуд, емкость для сбора капель, бюретка.

Ход работы:

1. Собрали экспериментальную установку.

2. Определили температуру исследуемых жидкостей. После установления теплового равновесия температура талой воды и остальных жидкостей составила t = 20 °C.

3. Налили в бюретку жидкость, отрегулировали с помощью крана скорость истечения жидкости.

Примечание.

Перед моментом отрыва капли сила тяжести равна силе поверхностного натяжения. Необходимо, чтобы капли отрывались от трубки медленно и самостоятельно, под действием силы тяжести. Если падение капель будет быстрым, то в момент отрыва капли сила тяжести не будет равна силе поверхностного натяжения и данный метод даст большую погрешность измерения.

При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно. Перед отрывом капли образуется шейка, по окружности которой действуют силы поверхностного натяжения, направленные вверх и удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли сила тяжести равна результирующей силе поверхностного натяжения F = πdσ.

4. Определили количество капель жидкости, в установленном объеме.

5. С использованием формулы вычислили коэффициент поверхностного натяжения для каждой жидкости.

6. Результаты занесли в таблицу (Приложение, таблица 1) и отобразили на диаграмме (Приложение, диаграмма 1).

Вывод: экспериментальные расчеты показали, что коэффициент поверхностного натяжения чистой воды равен 71 мН/м, что близко к справочному значению 73 мН/м. Значение коэффициента зависит от природы жидкости. Наименьшее значение (σ = 68 мН/м) получено для талой воды. Считается, что такую воду легче усваивают клетки организма. Примеси по-разному изменяют σ: раствор сахара повышает его, а раствор соли – понижает. Среди напитков наибольшую биологическую ценность показали молоко, минеральная и талая вода.

Эксперимент № 2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения воды и исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом отрыва петли.

Теоретическое обоснование

Свободная поверхность жидкости в состоянии равновесия стремиться к минимуму, жидкость как бы стягивается упругой поверхностной пленкой, стремящейся к уменьшению своей площади.

При образовании тонкой пленки шириной вдоль границы поверхности действует сила поверхностного натяжения , равная

где – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, множитель 2 стоит по той причине, что пленка имеет две поверхности.

Для измерения поверхностного натяжения проволочную петлю полностью погружают в жидкость, а затем медленно вытягивают из жидкости. При этом на петле образуется пленка. Когда сила упругости пружины динамометра станет равной силе поверхностного натяжения , пленка разрывается.

В данной работе используется чувствительный динамометр ДПН, с ценой деления шкалы 0,5 мН

Цель: определить зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом отрыва петли.

Ход работы:

Оборудование и материалы: чувствительный динамометр ДПН, чаша с жидкостью, петли разного размера.

1. Собрали установку: закрепили динамометр и чашу с жидкостью

в зажимах штатива.

2. Установили стрелку динамометра параллельно шкале против нулевой отметки.

3. Налили в чашу жидкость (воду), коэффициент поверхностного натяжения, которой будем определять.

4. Надели на открытый зацеп измерительной пружины демонстрационную петлю определенного размера.

5. Подняли зажим с держателем чаши по стойке штатива так, чтобы петля полностью погрузилась в жидкость, закрутили винт зажима.

6. Медленно выворачивали винт держателя чаши с жидкостью до тех пор, пока не разорвалась пленка жидкости, тянувшаяся за демонстрационной петлей.

7. Заметили по шкале динамометра, при какой силе разорвалась пленка

8. Вычислили коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости по формуле:

где – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м

сила, H,

полупериметр петли, указанный в инструкции, м

9. Повторили эксперимент для петель другого размера.

10. Вычислили среднее значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости и сравнили с табличным значением.

11. Вычислили коэффициент поверхностного натяжения воды разной температуры.

12. Результаты занесены в таблицу (Приложение, таблица 2) и представлены графически (Приложение, график 2).

Вывод: данные подтверждают, что если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами - уменьшаются т.е. силы поверхностного натяжения зависят от температуры. Пониженное поверхностное натяжение горячей воды объясняет её эффективность при стирке и мытье предметов.

Эксперимент № 3. Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ.

Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения водных растворов поверхностно-активных веществ методом подсчета капель.

Оборудование и материалы: растворы мыла, средства для мытья посуды «Fairy», порошка «Persil».

Ход работы:

1. Взяли 3 шприца с разными жидкостями и 1 пустой шприц для определения массы пустого сосуда.

2. Температуру растворов привели к t = 20 °C.

3. Измерили массу растворов, объемом 20 мл для определения плотности исследуемой жидкости

4. Налили в бюретку жидкость, отрегулировали с помощью крана скорость истечения жидкости

5. Определили количество капель жидкости, в установленном объеме.

6. С использованием формулы вычислили коэффициент поверхностного натяжения для каждого раствора.

7. Результаты занесли в таблицу (Приложение, таблица 3) и отобразили на диаграмме (Приложение, диаграмма 3).

Вывод: полученные данные показывают, что введение поверхностно-активных веществ резко снижает коэффициент поверхностного натяжения воды, что объясняет их эффективность в удалении жиров. Порошок «Persil» лучше подходит для стирки тканей, облегчая проникновение воды в волокна. Раствор мыла способствует образованию эмульсий и удержанию загрязняющих частиц в пене, которые затем легко смываются водой. Умение управлять поверхностным натяжением открывает новые возможности в науке и технике.

В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели, не дающие ей собираться в капли на какой-либо поверхности. Например, их добавляют в жидкие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности пятен после высыхания.

В некоторых отраслях промышленности поверхностное натяжение используют как простой показатель загрязнения продуктов. Поскольку оно определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов вещества может привести к изменению этого показателя. То есть если мы знаем, каким должно быть поверхностное натяжение совершенно чистого вещества, то по отклонению от этой нормы мы можем установить уровень его загрязнения.

Заключение

В работе было проведено исследование поверхностного натяжения разных жидкостей и продемонстрированы основные способы его измерения на границе раздела жидкость – газ. В ходе экспериментов были рассчитаны коэффициенты поверхностного натяжения для различных жидкостей. Гипотеза исследования подтвердилась.

Полученные данные показали, что силы поверхностного натяжения очень малы и лучше всего проявляются при небольших объемах жидкости. Проведённые исследования показали, что коэффициент поверхностного натяжения зависит от:

• природы жидкости;

• температуры;

• наличие поверхностно активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение (ПАВ);

• свойства газа, граничащего с жидкостью.

Эксперименты помогли обратить внимание на свойства напитков, которые мы употребляем каждый день. Эта работа дала возможность на практике познакомиться с удивительными явлениями, например, со стиркой на молекулярном уровне, и лучше понять физику поверхностного натяжения. Теперь стало ясно, что физика объясняет многие явления, которые мы постоянно встречаем в повседневной жизни. Результаты данного исследования могут быть полезны для образовательных целей и демонстрации школьникам физических явлений. Было создано методическое пособие по изучению темы «Поверхностное натяжение жидкости», практическая значимость которого заключается в возможности демонстрации и использования полученных результатов на уроках физики и во внеурочное время.

Список литературы

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: учебное пособие для втузов / А.А. Детлаф. - М.: Высш. шк., 2022. – 718 с.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики (в 3-х томах) / И.В. Савельев. - СПб: Лань, 2021. - 389 с.

3. Сивухин, Д.В. Общий курс физики: учебное пособие для вузов. В 5 т. Т II Термодинамика и молекулярная физика /Д.В. Сивухин. – М. ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 576 с.

4. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. - М.: Academia, 2023. – 340 с.

5. Фриш, С. Э. Курс общей физики: учебник. В 3-х т. Т. 1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны / С.Э. Фриш. – Спб.: Лань, 2022. – 480 с.

6. А.В. Перышкин. «Физика. 7 класс»: учебник для общеобразовательных учреждений. 10-е изд., доп., М.: Дрофа, 2006.

7. Элементарный учебник физики / Ландсберг Г.С.// - М. Физматлит 2003г.

8. Дж. Роулинсон, Б. Уидом. Молекулярная теория капиллярности, Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 376 с.

9. Физика для всех / Ландау Л.Д.//М.: - Наука 1974

10. Вопросы и задачи по физике / Тарасов Л.В.// - М.: Высш. шк. 1990г

Приложение

Эксперимент № 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей методом отрыва капель.

Расчеты. В расчетах использовались постоянные величины: диаметр канала d = 1,7 мм = 0,0017 м, ускорение свободного падения g = 9,81 м/с², π = 3,14

Формулы: F_т = F_п ; F_т = mg ; F_{п = ;} l =2πr= πd;mg = _; mg = = πd ; ; ; ; ;

1. Вода чистая

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 26

2. Вода талая

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 27

3. Вода минеральная

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 39

4. Водный раствор сахара

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 29

5. Водный раствор соли

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 40

6. Молоко (3,2%)

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 44

7. Подсолнечное масло

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 45

8. Кока-Кола

; v = 1 мл = 0,000001 м³ N = 26

Таблица 1. Результаты эксперимента 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей.

мН/м

Диаграмма 1. Коэффициент поверхностного натяжения различных жидкостей.

Эксперимент № 2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения воды и исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом отрыва петли.

Расчеты.

I. Измерение коэффициента поверхностного натяжения воды методом отрыва петли.

1. Петля № 1

= 3 см = 0,03 м

= 4мН = 0,004 Н

2. Петля № 2

= 4 см = 0,04 м

= 5,5мН = 0,0055 Н

3. Петля № 3

= 5 см = 0,05 м

= 7мН = 0,007 Н

4. Петля № 4

= 6 см = 0,06 м

= 8,5мН = 0,0085 Н

5. Петля № 5

= 7 см = 0,07 м

= 10мН = 0,010 Н

Найдем среднее значение коэффициента поверхностного натяжения:

Табличное значение коэффициента поверхностного натяжения при t = 20⁰C

II.Исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом отрыва петли

1. t = 20

l = 5см = 0,05м

F= 7мН=0,007 Н

2. t = 50

l = 5см = 0,05м

F= 6,5мН = 0,0065 Н

3. t = 100

l = 5 см = 0,05м

F= 5,5мН = 0,0055 Н

Таблица 2. Результаты эксперимента №2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения воды и исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры методом отрыва петли

t℃	Табличное значение коэффициента поверхностного натяжения, мН/м	Результаты эксперимента, мН/м
20	0,072	0,070
50	0,068	0,065
100	0,055	0,055

Н/м

Диаграмма № 2. Определение коэффициента поверхностного натяжения для воды разной температуры.

Эксперимент № 3. Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ.

Расчеты.

Условия опыта:

диаметр канала d = 1,7 мм = 0,0017 м

ускорение свободного падения g = 9,81 м/ с²,

температура образцов t = 20 °C,

π = 3,14

Используем формулы:

; ; ; ;

Раствор средства для мытья посуды Fairy:

; v = 20 мл = 0,00002 м³ N = 52; m = 25,63 г = 0,02563 кг

Раствор стирального порошка Persil:

; v = 20 мл = 0,0002 м³ N = 53; m = 20,15 г = 0,0215 кг

Раствор мыла:

; v = 20 мл = 0,00002 м³ N = 44 ; m = 19,35 г = 0,01935 кг

Таблица 3. Результаты эксперимента 3. Определение коэффициента поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ.

мН/м

Диаграмма 3. Коэффициент поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ.