Файл: Исследование поверхностного натяжения жидкости Автор Олийнык Елизавета, ученица 8 класса мбоу Карагайлинская оош.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 36
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Карагайлинская основная общеобразовательная школа»
Исследование поверхностного
натяжения жидкости
Автор: Олийнык Елизавета, ученица
8 класса МБОУ « Карагайлинская ООШ»
Руководитель: Сапронова Наталья
Григорьевна, учитель физики и
технологии МБОУ « Карагайлинская
ООШ»
2016
Оглавление
| Введение | 3 |
| Глава 1 Физика поверхностного натяжения
Глава 2. Практическая часть 2.1.Изучение влияния примесей, температуры и концентрации на поверхностное натяжение жидкостей 2.2. Использование результатов исследования в практической деятельности | 5 10 |
| Заключение Список литературы Приложения | 16 17 18 |
| | |
| . | |
Введение
Актуальность
Мы ощущаем непосредственно каждый день такие силы, как тяготение, упругость и трение. Но в окружающем нас мире повседневных явлений действует еще одна сила, на которую мы обычно не обращаем никакого внимания. Сила эта сравнительно невелика, ее действия никогда не вызывают мощных эффектов. Тем не менее, мы не можем налить воды в стакан, вообще ничего не можем проделать с какой-либо жидкостью без того, чтобы не привести в действие силы, о которых у нас сейчас пойдет речь. Это силы поверхностного натяжения.
Последние годы поверхностное свойства жидкости не изучаются на уроках физики, а изучение и исследование поверхностных свойств жидкости помогает совершенствовать исследовательские навыки.
Гипотеза: предполагается, что коэффициент поверхностного натяжения жидкости зависит от ее температуры и наличия в ней примесей.
Объектом изучения - поверхностное натяжение жидкости.
Предмет изучения – влияние температуры, концентрации примесей на поверхностное натяжения жидкости.
Цель: исследование поверхностного натяжения и изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости от концентрации раствора, наличия примесей и температуры.
Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:
1.Изучить теоретические источники поверхностного натяжения жидкостей.
2. Изучить влияние примесей, температуры и концентрации на поверхностное натяжение жидкостей.
3. Использование результатов исследования в практической деятельности .
Методы:
-
Теоретический. -
Экспериментальный. -
Аналитический.
Структура работы:
Исследовательская работа состоит из:
Введение
Глава 1. Физика поверхностного натяжения
1.1.Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости
1.2.Роль поверхностного натяжения
Глава 2. Практическая часть
2.1.Изучение влияния примесей, температуры и концентрации на поверхностное натяжение жидкостей
2.2. Использование результатов исследования в практической деятельности
Заключение
Список литературы
Приложения
Глава 1. Физика поверхностного натяжения
1.1. Особенности взаимодействия молекул поверхностного слоя жидкости
Понятие поверхностного натяжения жидкости до некоторого времени оставалось в тени крупных достижений в областях молекулярной физики и физической химии. Классики физики «крупными мазками» создали молекулярную физику, статическую физику, физическую химию. При этом всегда упоминалось понятие поверхностного натяжения жидкости и связь его с поверхностью жидкости Так Я. Френкель еще в начале 20 века предполагал наличие определенной связи коэффициента поверхностного натяжения с другими физическими величинами.
Но теоретической расчетной формулы для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости до недавнего времени не было. Единственное, в чем были единодушно и согласны все авторы, так это в том, что поверхностный слой молекул жидкости имеет другую энергию, чем молекулы жидкости внутри. Таким образом, все поверхностные энергии привязывались к поверхности и рассчитывались пропорционально поверхности. [ 6]
Поверхностный слой жидкости обладает особыми свойствами. Молекулы жидкости в этом слое находятся в непосредственной близости от другой фазы – газа. Молекула, расположенная вблизи границы раздела жидкость – газ, имеет ближайших соседей только с одной стороны, поэтому сложение всех сил, действующих на эту молекулу, дает равнодействующую, направленную внутрь жидкости. Следовательно, любая молекула жидкости, находящаяся вблизи свободной поверхности, имеет избыток потенциальной энергии, по сравнению с молекулами, находящимися внутри.
Для того чтобы перевести молекулу из объема жидкости на поверхность, необходимо совершить работу. При увеличении поверхности
определенного объема жидкости внутренняя энергия жидкости увеличивается увеличивается. Эта составляющая внутренней энергии пропорциональна
Рис . 1. Молекулярный механизм поверхностного натяжения
площади поверхности жидкости и называется поверхностной энергией.
Величина энергии зависит от сил молекулярного взаимодействия и
поверхностной и ко количества ближайших соседних молекул.
Для различных веществ поверхностная энергия принимает разные значения. Энергия поверхностного слоя жидкости пропорциональна его площади Ѕ: Е= σ ·Ѕ
Где σ – коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением, имеющий размерность Дж/м
(или Н/м). S- площадь поверхности.Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. [5]
Рассмотрим опыт с мыльной пленкой, образованной на прямоугольнике ,с подвижной
перемычкой длиной l. Рис.2. Опыт с мыльной пленкой
В отсутствие внешний силы(F0 = 0) вдоль поверхности действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает до минимума площадь поверхности пленки. В результате подвижная перемычка сместится влево. При равномерном растяжении Δх пленки сила
Fо совершает работу A=F0Δx
Вдоль поверхности пленки действую равные силы поверхностного натяжения
F1 и F2: F1= F2= F пов/2
При равновесии перемычки
F0=F1+F2=Fпов.
В процессе растяжения поверхности жидкости среднее расстояние между молекулами не пленкой изменяется .
Поверхность жидкости, увеличивающаяся на ΔS=2lΔx, заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул поверхностного слоя при этом возрастает, и увеличивается поверхностная энергия ΔEпов= σΔS.
В соответствии с законом сохранения энергии
2FповΔx= σ 2lΔx,
откуда находим, что сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна длине l границы поверхностного слоя:
Fпов= σ l,
где σ-поверхностное натяжение, характеризующие силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины границы поверхности.[ 2]
Методы измерения поверхностного натяжения жидкости.
Методов определения поверхностного натяжения существует достаточно много: метод капель, метод проволочной рамки, метод кольца, метод капиллярных волн, метод капли и пузырька и др. Метод проволочной рамки и метод кольца применяются для грубых измерений поверхностного натяжения.
-
Метод пузырька.
«Выдуйте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики», – писал великий английский физик лорд Кельвин.
В частности, мыльная пленка является прекрасным объектом для изучения поверхностного натяжения. Сила тяжести здесь практически роли не играет, так как мыльные пленки чрезвычайно тонки и их масса совершенно ничтожна. Поэтому основную роль играют силы поверхностного натяжения, благодаря которым форма пленки всегда оказывается такой, что ее площадь минимально возможная в данных условиях. Почему пленка обязательно мыльная? Все дело в структуре мыльной пленки. Мыло богато так называемыми поверхностно-активными веществами, концы длинных молекул которых по-разному относятся к воде: один конец охотно соединяется с молекулой воды, другой к воде безразличен. Поэтому мыльная пленка обладает сложной структурой: образующий ее мыльный раствор как бы «армирован» частоколом упорядоченно расположенных молекул поверхностно-активного вещества, входящего в состав мыла.
Свободная поверхность жидкости стремится сократиться. Это можно наблюдать в случае, когда жидкость имеет форму тонкой пленки..
-
Метод проволочной рамки.
Возьмите проволочный четырехугольный каркас и соедините его противоположные вершины тонкой ненатянутой нитью. Опустив каркас в мыльную воду, вы заметите, что вытянутый из воды каркас затянут мыльной пленкой. Проколов пленку по одну сторону нити, вы увидите, что нить примет форму дуги. Опыт свидетельствует о том, что поверхность мыльной пленки сокращается.
Свойство поверхности жидкости сокращается можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Эти силы называют силами поверхностного натяжения.
С помощью описанного ниже опыта можно найти способ измерения сил поверхностного натяжения. Если опустить в мыльную воду проволочный каркас, вынув его из воды, легко заметить, что верхняя часть каркаса (до упора) затянута мыльной пленкой. Если потянуть за подвижную сторону этой рамки вниз, то пленка растянется, а если подвижную сторону отпустить, то пленка сократится.
Пленка, образовавшаяся на рамке, представляет собой тонкий слой жидкости и имеет две свободные поверхности.
-
Метод капли.
Проще всего уловить характер сил поверхностного натяжения, наблюдая образование капли у плохо закрытого или неисправного крана. Пока капля мала, она не отрывается: ее удерживают силы поверхностного натяжения (поверхностный слой выполняет роль своеобразного мешочка). Чем больше капля, тем большую роль играет потенциальная энергия силы тяжести. Всмотритесь внимательно, как постепенно растет капля, образуется сужение – шейка, и капля отрывается.
Отрыв капли происходит в тот момент, когда ее вес становится равным равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль окружности шейки капли. Не нужно много фантазии, чтобы представить себе, что вода как бы заключена в эластичный мешочек, и этот мешочек разрывается, когда вес превысит его прочность.
В действительности, конечно, ничего, кроме воды, в капле нет, но сам поверхностный слой воды ведет себя как растянутая эластичная пленка.
-
Опыт «Пробирка».
Первый взгляд на чай, налитый в чашку, подтверждает известное положение, что жидкость своей формы не имеет, а принимает форму сосуда, в который она налита. Возьмем пробирку, наполненную водой. Перевернем на книгу или открытку и будем постепенно вытаскивать открытку. Ни одна капля не пролилась, зато поверхность воды вздулась, образовав «горку». Все системы стремятся уменьшить свою энергию. Точно так же сила поверхностного натяжения стремится сократить до минимума площадь поверхности жидкости.