Файл: ФИЗИКА Методические указания к комплексу лабораторных работ по физике для студентов-заочников(механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, колебания и волны, оптика).pdf

6. Так как оторвавшееся от поверхности воды кольцо остается покрытым пленкой воды, оно будет несколько тяжелее сухого, вес которого соответствовал нулевому положению весов. Поэтому среднее значение силы поверхностного натяжения

F F f ,

где < f > – средний вес мокрого кольца. Поскольку вес мокрого кольца мало изменяется при отдельных измерениях, его можно определить один раз в конце измерений. Для этого арретировать весы, повесить на крючок добавочный грузик в 100 мг, освободить весовую систему и зафиксировать показание весов f.

Кольцо из делительной воронки не вынимать!

7. Вычислить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения

Удвоенная длина окружности кольца (26 ,0 0,4)10 3 м.

8.Вычислить абсолютную погрешность среднего значения коэффициента поверхностного натяжения.

9.Записать окончательный результат

σ= < σ > + Δσ.

Б. Метод отрыва капель

Второй метод определения коэффициента поверхностного натяжения заключается в следующем. При истечении жидкости из узкой трубки при малом расходе образующиеся капли непосредственно перед отрывом висят на шейке (рис. 5), при этом сила тяжести Р, действующая на каплю, уравновешивается силами поверхностного натяжения, действующими по контуру π D , ограничивающему поперечное сечение шейки и ее узкой части (D – диаметр шейки в этом месте). Равнодействующую F сил поверхностного на-

тяжения, действующих по контуру , можно представить в виде произведения коэффициента поверхностного натяжения

на длину контура , т.е.

F σπ D .

49

Непосредственно перед отрывом капли выполняется соотношение P F или mg σπ D ,

где т – масса капли. Пользуясь этим соотношением, можно определить коэффициент поверхностного натяжения

Массу одной капли определяют по общей массе n капель. Для этого используют трубку с делениями, имеющую сужение на конце, и кран (бюретку). Бюретка наполняется жидкостью. Если объем жидкости при вытекании из бюретки изменился на величину V и при этом сосчитано число капель n, то масса m одной капли равна массе вытекшей жидкости ρV (где

ρ – плотность), деленной на число капель,

m ρ V / n .

Подставляя значение m в формулу (3), получим формулу для вычисления коэффициента поверхностного натяжения:

Порядок выполнения работы

1.Из бюретки каплями выпустить намеченный объем жидкости (3 – 4 см3), считая число капель в этом объеме. Кран следует повернуть так, чтобы капли вытекали достаточно медленно и их можно было точно сосчитать. Опыт повторить 5 – 6 раз (при неизменном объеме V вытекающей жидкости).

2.Плотность ρ жидкости в зависимости от температуры найти по таб-

лице справочника.

3.Диаметр D шейки капли перед моментом отрыва определить несколько раз с помощью микроскопа и вычислить среднее значение. Определить погрешность диаметра.

4.Пользуясь средними значениями числа капель n (при взятом объеме V) и диаметра D шейки капли перед отрывом, вычислить среднее значение коэффициента σ поверхностного натяжения по формуле (4) и абсолютную погрешность σ .

5.Окончательный результат записать в виде σ σ Δσ.

Контрольные вопросы

1.От каких факторов зависит коэффициент поверхностного натяжения

ипочему σ 0 при температуре, приближающейся к критическому со-

стоянию?

50

2.Получите расчетные формулы для определения коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца и методом отрыва капель.

3.Получите формулу абсолютной погрешности определения коэффициента поверхностного натяжения σ .

Список рекомендуемой литературы

1.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – M.: Наука, 1987. – 352 с.

2.Методические указания к лабораторным работам по физике: Молекулярная физика/ Под ред. Н.Г. Конопасова; Владим. политехн. ин-т. – Владимир, 1983. – 52 с.

Лабораторная работа № 2-7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ ВОЗДУХА МЕТОДОМ КЛЕМАНА - ДЕЗОРМА

Цель работы: ознакомление с методом измерения показателя адиабаты для воздуха при адиабатическом процессе расширения и последующем изохорическом нагревании.

Оборудование: установка, состоящая из стеклянного баллона с кранами, манометра и осушительного фильтра с порошком хлористого кальция, насоса и секундомера.

Введение

Адиабатическим называется такой процесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой. Быстропротекающие процессы можно считать адиабатическими, если за время протекания процесса теплообменом рабочего объема с окружающей средой можно пренебречь.

Адиабатический процесс в газе описывается уравнением Пуассона

где P1,V1 – первоначальные давление и объем газа;

P2,V2 – давление и объем газа после адиабатического процесса; γ – показатель адиабаты.

Адиабатический процесс на диаграмме P–V изображается кривой PV γ const , называемой адиабатой. Показатель адиабаты равен отно-

51

шению теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме

γC P .

C V

Теплоемкостью тела называется отношение элементарного количества тепла Q , полученного телом, к соответствующему приращению dT его температуры

C δ Q / dT .

Если масса тела равна единице массы, то теплоемкость называют удельной. Теплоемкость одного моля вещества называют молярной. Для газов теплоемкость (как удельная, так и молярная) при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме CP > CV, так как при нагревании газа при постоянном давлении (изобарический процесс) подведенное к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии (а следовательно, и температуры) и на совершение газом работы расширения для поддержания постоянного давления. Например, если газ заключен в сосуд с подвижным поршнем, обеспечивающим постоянное давление, то, нагреваясь, он расширяется и поднимает поршень, совершая, таким образом, работу против внешних сил. При нагревании при постоянном объеме (изохорический процесс) все тепло, подведенное к газу, идет на увеличение только его внутренней энергии.

Описание установки

Экспериментальная установка изображена на рис. 1. В стеклянный тонкостенный сосуд А накачивается воздух до некоторого давления P1, превышающего атмосферное P1 P0 h1 , где Р0 – атмосферное давление; h1, – из-

быток давления сверх атмосферного (измеряется водяным манометром М). Когда воздух в баллоне примет температуру окружающего воздуха T1 ,

быстро ( 1с) открывается клапан К и воздух выпускается наружу до тех пор, пока давление в баллоне не станет равным атмосферному (P2=P0).

Выход воздуха происходит быстро, и, пренебрегая в первом приближении передачей тепла через стенки баллона, процесс расширения воздуха в баллоне можно считать адиабатическим. При этом расширяющийся воздух совершает работу против внешних сил – внешнего атмосферного давления.

52