Cum se măsoară tensiunea de suprafață

Tensiunea superficială descrie capacitatea lichidului de a rezista rezistenței gravitației. De exemplu, apa de pe suprafața formelor de masă picături, deoarece moleculele de apă sunt atrase unul de celălalt, ceea ce contracarează puterea de gravitate. Datorită tensiunii suprafeței obiectelor mai grele, de exemplu insectele, pot fi ținute pe suprafața apei. Tensiunea de suprafață este măsurată în vigoare (H) împărțită de o unitate de lungime (m) sau în cantitatea de energie pe unitate. Forța cu care interacționează moleculele de apă (forța de coeziune), provoacă tensiune, rezultând picături de apă (sau alte lichide). Tensiunea superficială poate fi măsurată utilizând mai multe elemente simple care sunt practic în fiecare casă și calculator.

Pași

Metoda 1 din 3:

Cu ajutorul unui rocker

unu. Înregistrați ecuația pentru tensiunea de suprafață. În acest experiment, ecuația de a determina tensiunea de suprafață este după cum urmează: F = 2SD, Unde F - Forța în Newton (H), S - tensiune de suprafață la NEWTONS per metru (n / m), D - lungimea utilizată în experimentul acului. Exprimați tensiunea de suprafață din această ecuație: S = F / 2D.

Forța va fi calculată la sfârșitul experimentului.
Înainte de a continua experimentul, măsurați lungimea acului în metri utilizând conducătorul.

Imagine intitulată Măsurați tensiunea suprafeței Pasul 2

2. Descrie un mic rocker. În acest experiment, un rocker și un ac mic care plutește pe suprafața apei este utilizat pentru a determina tensiunea suprafeței. Este necesar să se trateze cu atenție construirea rockerului, deoarece acuratețea rezultatului depinde de acest lucru. Puteți utiliza diferite materiale, principalul lucru este de a face o bară transversală orizontală de ceva greu: lemn, materiale plastice sau carton dens.

Determinați centrul tijei (de exemplu, conducătorul de paie sau plastic), pe care îl veți folosi ca bara transversală și găurați sau turnați gaura în acest loc, va fi punctul de susținere a barei transversale pe care o va face Rotiți liber. Dacă utilizați paie de plastic, tocmai se toarnă cu un știft sau un unghii.

Găuriți sau turnați găurile la capetele barei transversale, astfel încât acestea să fie situate la aceeași distanță de centru. Credit prin găurile firelor pe care suspendă paharul pentru încărcătură și acul.

Dacă este necesar, aduceți rocarul cu cărți sau alte obiecte suficient de solide, astfel încât bara transversală să rămână într-o poziție orizontală. Este necesar ca fundașul transversal să se rotească liber în jurul cuiului sau tigiului blocat în mijlocul ei.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 3

3. Luați o bucată de folie de aluminiu și rotiți-o în formă de cutie sau a unui farfurie. Nu este deloc necesar ca acest farfurie să aibă o formă dreaptă pătrată sau rotundă. Îl umpleți cu apă sau cu altă încărcătură, deci aveți grijă de ea să existe greutate.

Suspendați o cutie sau o foaieră de folie la un capăt al barei transversale. Faceți găuri mici la marginile unui farfurie și fir prin ele, astfel încât fauierul atârnat pe bara transversală.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 4

4. Suspendați la celălalt capăt al barei transversale a acului sau a clemelor de hârtie, astfel încât să fie orizontală. Legați un ac sau cleme de hârtie orizontală la fir, care atârnă de celălalt capăt al barei transversale. Pentru ca experimentul să fie capabil să, este necesar să se plaseze un ac sau o cârpă de hârtie.

Imagine intitulată Măsurați tensiunea suprafeței Pasul 5

cinci. Plastifizați plasticina pe bara transversală pentru a echilibra containerul foliei din aluminiu. Înainte de a continua experimentul, este necesar să se asigure că bara transversală este orizontală. Un farfurie de folie este ace mai grei, astfel încât pe partea lui a bara transversală coboară în jos. Atașați o cantitate suficientă de plastilină la partea opusă a barei transversale, astfel încât să fie orizontală.

Aceasta se numește echilibrare.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 6

6. Așezați acul agățat pe fir sau închiderea hârtiei. În acest pas, vor fi necesare eforturi suplimentare pentru a aranja acul pe suprafața apei. Asigurați-vă că acul nu se prăbușește în apă. Umpleți recipientul cu apă (sau alt lichid cu o tensiune de suprafață necunoscută) și puneți-o sub ac agățată astfel încât acul să fie localizat direct pe suprafața fluidului.

Faceți acest lucru astfel încât frânghia să țină acul rămâne la fața locului și a fost destul de întinsă.

Imagine intitulată Măsura Tensiunea suprafeței Pasul 7

7. Se cântărește pe scale mici mai multe pini sau o cantitate mică de picături de apă măsurate. Veți adăuga la farfurie din aluminiu pe un pin sau picătură de apă. În acest caz, este necesar să cunoașteți greutatea exactă la care acul se va rupe de pe suprafața apei.

Calculați numărul de pini sau picături de apă și le cântăriți.

Determină greutatea unui pin sau picături de apă. Pentru a face acest lucru, împărtășiți greutatea totală a numărului de pini sau picături.

Să presupunem că 30 de pini cântăresc 15 grame, apoi 15/30 = 0,5, adică un pin cântărește 0,5 grame.

Imagine intitulată Măsurați tensiunea suprafeței Pasul 8

opt. Adăugați pini sau apă picături la unul din farfuria foliei din aluminiu până când acul se desprinde de suprafața apei. Adăugați treptat un pin sau o picătură de apă. Urmăriți cu atenție acul astfel încât să nu pierdeți momentul în care, după o altă creștere a încărcăturii, se va desprinde de apă. De îndată ce acul se desprinde de suprafața lichidului, opriți adăugarea de pini sau picături de apă.

Calculați numărul de știfturi sau picături de apă la care acul de la capătul opus al barei transversale s-au despărțit de suprafața apei.

Scrieți rezultatul.

Repetați experiența mai multor (5 sau 6) ori pentru a obține rezultate mai precise.

Luați în considerare valoarea medie a rezultatelor. Pentru a face acest lucru, pliați numărul de știfturi sau picături în toate experimentele și împărțiți suma cu numărul de experimente.

Imagine intitulată Măsurați tensiunea suprafeței Pasul 9

nouă. Traduceți numărul de pini în vigoare. Pentru a face acest lucru, înmulțiți numărul de grame cu 0,00981 n / g. Pentru a calcula tensiunea superficială, este necesar să cunoașteți puterea care avea nevoie pentru a lăsa acul de pe suprafața apei. Deoarece ați numărat greutatea codului PIN în pasul anterior pentru a determina forța, este suficient să multiplicați această greutate cu 0,00981 n / g.

Înmulțiți numărul plasat în farfurie pe greutatea unui pin. De exemplu, dacă puneți 5 pini care cântăresc 0,5 grame, greutatea totală va fi de 0,5 g / pin = 5 x 0,5 = 2,5 grame.

Înmulțiți numărul de grame pe multiplicatorul de 0,00981 n / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 n.

Imagine intitulată Măsura Tensiunea suprafeței Pasul 10

10. Submold valorile obținute în ecuație și găsiți valoarea dorită. Folosind rezultatele obținute în timpul experimentului, puteți defini tensiunea suprafeței. Doar înlocuiți valorile găsite și calculați rezultatul.

Să presupunem că, în exemplul de mai sus, lungimea acului este de 0,025 metri. Înlocuim valorile la ecuație și obținem: S = F / 2D = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 n / m. Astfel, tensiunea de suprafață a lichidului este de 0,05 n / m.

Metoda 2 din 3:

Pe efect capilar

unu. Aflați despre efectul capilar. Pentru a înțelege fenomenele capilare, trebuie să vă familiarizați mai întâi cu forțele de aderență și coeziune. Aderența cauzează adeziunea lichidului la o suprafață solidă, cum ar fi sticla. Datorită puterii coeziunii moleculelor fluide atrase reciproc.. Acțiunea comună a forțelor de aderare și de coeziune determină lichidul de ridicare în tuburi subțiri.

În înălțimea de ridicare a fluidului în tub, puteți calcula tensiunea de suprafață a acestui fluid.
Forțele de coeziune duc la formarea de bule și picături pe suprafață. La lichidul de contact cu aer, moleculele de fluid sunt atrase unul de celălalt, ca rezultat al căruia se formează bulele.
Aderența duce la formarea unui menisc, care este vizibil în locurile de contact a lichidului cu pereți de sticlă. Forma concavă a meniscului este vizibilă cu ochiul liber.
Un exemplu de efect capilar este ridicarea lichidului în paie, coborâtă într-un pahar cu apă.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 12

2. Înregistrați ecuația pentru a determina tensiunea de suprafață. Tensiunea superficială se calculează după cum urmează: S = (ρhga / 2), Unde S - Tensiune de suprafata, ρ - densitatea fluidului studiat, H - înălțimea fluidului de ridicare în tub, G - Accelerarea scăderii libere datorată puterii de greutate care acționează pe lichid (9,8 m / s), A - Tubul capilarului razei.

La înlocuirea datelor în această ecuație, asigurați-vă că sunt exprimate în Unități metrice de măsură: Densitate în kg / m, înălțime și rază în metri, accelerarea căderii libere în m / s.

Dacă densitatea lichidă nu este dată în avans, acesta poate fi găsit în director sau în director calculati Prin densitatea cu formula = masa / volumul.

Tensiunea superficială este măsurată în Newtons pe metru (n / m). Newton este de 1 kg * m / s. Pentru a defini în mod independent unități de măsurare, înlocuiți-le numai în ecuație, fără valori numerice: S = kg / m * m * m / s * m. Dacă tăiați doi metri într-un numitor și numitor, primim 1 kg * m / s / m, adică 1 n / m.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 13

3. Se toarnă lichid în recipient cu tensiune de suprafață necunoscută. Luați un vas de mică adâncime sau castron și se toarnă lichidul astfel încât să acopere fundul de 2-3 centimetri. Cantitatea de fluid nu joacă rolul, principalul lucru trebuie să fie clar văzut cât de mult va crește în tubul capilar.

Dacă intenționați să experimentați cu lichide diferite, curățați și uscați bine plăcuța înainte de a vărsa un alt lichid în acesta sau de fiecare dată folosiți un alt recipient.

Imagine intitulată Măsura Tensiunea suprafeței Pasul 14

4. Coborâți un tub subțire curat în lichid. În înălțimea ridicării lichidului în acest tub, definiți tensiunea de suprafață. Tubul trebuie să fie curat, astfel încât să puteți vedea clar cum va crește fluidul ridicat în farfurie. În plus, tubul trebuie să aibă un permanent rază.

Pentru a măsura raza, atașați pur și simplu un conducător la marginea superioară a tubului și determinați diametrul. Apoi să scape diametrul de pe 2, și veți găsi o rază.

Imagine intitulată Măsura Tensiunea suprafeței Pasul 15

cinci. Măsurați înălțimea la care lichidul se ridică deasupra nivelului său într-o farfurie. Deplasați marginea liniei la suprafața fluidului într-o placă și determinați ce înălțime a crescut în tub. Apa din tub se ridică datorită faptului că forța de ridicare a tensiunii de suprafață depășește gravitatea care trage în jos.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 16

6. Submold valorile din ecuație și fac calculele. După ce definiți toate valorile necesare, înlocuiți-le la ecuație și găsiți tensiunea de suprafață. Nu uitați să transferați toate valorile la unitățile metrice de măsurare pentru a obține rezultatul potrivit.

Să presupunem că măsuram tensiunea de suprafață a apei. Densitatea apei este de aproximativ 1 kg / m (în acest exemplu folosim valori aproximative). Accelerarea căderii libere este de 9,8 m / s. Lăsați raza tubului să fie de 0,029 m, iar apa se ridică la înălțimea de 0,5 m. Ceea ce este egal cu tensiunea de suprafață a apei?

Înlocuim valorile obținute în ecuație și obținem: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metoda 3 din 3:

Cum se determină tensiunea relativă a suprafeței prin monedă

unu. Colectați tot ce aveți nevoie. Pentru acest experiment, veți avea nevoie de o pipetă, o monedă uscată, apă, un castron mic, mașină de spălat vase, ulei vegetal și prosop. Toate acestea pot fi găsite la domiciliu sau la cel mai apropiat magazin. Puteți face fără un mijloc de spălare a felurilor de mâncare și a uleiului de legume, totuși, pentru comparație, veți avea nevoie de mai multe lichide diferite.

Înainte de a începe experimentul, asigurați-vă că moneda este curată și uscată. Dacă utilizați o monedă umedă, obțineți rezultate inexacte.
Acest experiment nu permite calcularea tensiunii suprafeței, acesta poate fi comparat numai cu tensiunea de suprafață a diferitelor lichide.

Imagine intitulată Măsurarea tensiunii suprafeței Pasul 18

2. Picură pe suprafața monedei pe o picătură de lichid la un moment dat. Puneți moneda pe un prosop sau o altă suprafață încât nu este înfricoșătoare pentru a se uda. Introduceți primul lichid din pipetă, după care nu se grăbește să pună o singură picătură. În același timp, ia în considerare picăturile. Continuați până când lichidul depășește moneda.

Notați cât de multe picături au fost luate pentru ca lichidul să vărce o monedă.

Imagine intitulată Măsura Tensiunea suprafeței Pasul 19

3. Repetați această procedură cu diferite lichide. De fiecare dată când schimbați lichidul și uscați moneda. Uscați suprafața la care ați pus o monedă. Utilizați diferite pipete sau curățați pipeta înainte de noul experiment.

Încercați să adăugați la apă un mijloc mic pentru spălarea mâncărurilor, apoi săriți apa la monedă și vedeți dacă tensiunea de suprafață sa schimbat.

Imagine intitulată Măsura tensiunea suprafeței Pasul 20

4. Comparați numărul de picături care sunt necesare pentru diferite lichide pentru a umple moneda. Încercați să repetați experimentul cu un lichid de mai multe ori pentru a evalua acuratețea rezultatelor obținute. Aveny Rezultatele: Fold numărul de picături în diferite experimente și împărtășiți suma pentru numărul de experimente. Notați câte picături necesare pentru diferite lichide pentru a umple moneda.

Cele mai multe picături ale unuia sau altui lichid necesar pentru a umple moneda, cu atât este mai mare tensiunea de suprafață a acestui fluid.

Detergentul de spălat vase scade tensiunea de suprafață a apei prin adăugarea acesteia pentru a umple picăturile de monede mai mici.