Файл: Методические рекомендации по организации и проведению лабораторных работ и практических занятий специальность 21. 02. 01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Методичка

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.01.2024

Просмотров: 201

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6НАБЛЮДЕНИЕ БРУНОВСКОГО ДВИЖЕНИЯЦель: осуществить наблюдение броуновское движение с помощью школьного микроскопа.Оборудование: Школьный микроскоп. Окуляр 15х. Объектив 40х. Акварельные краски (тушь) , 1-2 см3 молока. Предметные и покровные стекла (5-6 шт.). Два сосуда с водой разной температуры. Теория.Броуновское движение - это беспорядочное движение малых (размерами в несколько мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе , ,происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Открыто оно р.Броуном в 1827 году. Видимые только под микроскопом взвешенные частицы движутся независимо друг от друга и описывают сложные зигзагообразные траектории. Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды, его интенсивность увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров частиц.Последовательно объяснение броуновского движения было дано А. Эйнштейном и М.Смолуховским в 1905-1906 годах на основе молекулярно-кинетической теорий. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причём импульсы различных молекул неодинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещённой в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих её молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами жидкости или газа броуновская частицы приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 1014раз в секунду. Характер движения частиц при броуновском движении можно посмотреть на рис.1. Рис.1Броуновское движение наблюдается в более сложных формах в технике. Это - тепловые шумы в радиосхемах, вибрации легких деталей в измерительных приборах и т.п.Осуществить наблюдение броуновского движения можно с помощью школьного микроскопа. Внешний вид микроскопа показан на рис.2 Рис.2 Он состоит из: окуляра-1, винта настройки-2, кронштейна-3, упорного винта-4, пружинного держателя-5, шарнира-6, основания-7, осветительного устройства-8, дисковой диафрагмы-9, предметного столика, микрообъектива-11, револьверной головки объективов-12, тубусодержателя-13. Для работы установите"микроскоп на стол предметным столиком от себя. Для удобства наблюдения тубусодержатель можно наклонить. Установите предметное стекло с препаратами на предметный столик, прижав его пружинными держателями. Глядя в окуляр, при помощи винтов настройки медленно поднимайте или опускайте тубус микроскопа до тех пор, пока в поле зрения не появится изображение препарата. При фокусировке можно осторожно передвигать препарат, т.к., подвижное изображение гораздо легче заметить, чем неподвижное. Найдя изображение, еще более медленным вращением винтов добейтесь наиболее резкого изображения. Качество изображения в микроскопе в значительной степени зависит от освещения, поэтому настройка освещения является важной подготовительной операцией. Свет от источника (окно, лампа) должен с помощью зеркала направляться через диафрагму предметного столика на препарат. Предметный столик снабжен диском, поворотом которого можно менять диаметр отверстия диафрагмы. Наблюдая в окуляр, поворачивайте зеркало до тех пор, пока все поле зрения не окажется равномерно освещенным. Фокусировка может считаться законченной, когда будут максимально устранены недостатки изображения в виде полос, пятен, бликов. Ведя наблюдение, не закрывайте свободный глаз для предупреждения его утомления.Порядок выполнения работы Подготовить микроскоп для работы. На предметное стекло нанести кисточкой 1-2 капли воды. Коснутся несколько раз той же кисточкой поверхности краски (туши) и снова ввести кисточку в приготовленные капли. Каплю окрашенной жидкости кисточкой перенести на другое предметное стекло и закрыть покровным стеклом. Приготовленный препарат положить на предметный столик микроскопа. Зеркало микроскопа направить на источник света, чтобы получить хорошее освещение препарата. Опустить объектив кремальерным винтом на расстояние

Пример.

Лабораторная работа "Электроемкость плоского конденсатора".



  • Наблюдая в микроскоп, сфокусировать изображение микрометрическим винтом.

  • Сосредоточить внимание на какой-нибудь одной из наиболее легких броуновских частиц и, пронаблюдать за ее положением, сделать вывод о характере движения частицы.

  • Опыт повторить с водой более высокой температуры и с раствором молока. Сделать вывод.

  • Выполнить схематический чертёж наблюдаемого явления.

    Контрольные вопросы

    Вариант1

    1. Что называют броуновским движением? Как объяснить это явление?

    2. Почему, чем больше размер частиц, тем менее заметно их броуновское движение?

    3. Почему с повышением температуры интенсивность броуновского возрастает?

    4. Будет ли наблюдаться броуновское движение при температуре t=-273 C?

    5. Можно ли наблюдать броуновское движение в условиях невесомости?

    Вариант 2

    1. Назовите причину возникновения броуновского движения

    2. Одинакова ли интенсивность движения броуновских частиц одного размера, находящихся в жидкостях одной температуры, но разной плотности?

    3. Какое положение МКТ доказывают броуновское движение?

    4. Чем отличается броуновское движение от диффузии?

    5. Чем похоже броуновское движение с диффузией?

    Рекомендуемая литература

    1. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 94-105)

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

    ПРОВЕРКА ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ОБЪЕМОМ, ДАВЛЕНИЕМ

    И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ДАННОЙ МАССЫ ГАЗА.

    Цель работы: опытным путем проверить справедливость уравнения состояния газа.

    Оборудование:

    1. Прибор для проверки уравнения состояния газа (укороченный манометр).

    2. Стакан химический с горячей водой.

    3. Термометр.

    4. Барометр (общий для всех)

    Теория

    Состояние данной массы газа характеризуется тремя параметрами: объемом V, давлением Р и термодинамической температурой Т. В природе и технике, как правило, происходит изменение всех трех величин одновременно, но при этом соблюдается закономерность, выраженная уравнением состояния газа:

    P1•V1/T1=P2•V2/T2=P•V/Т
    ,при m = const.

    Для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, есть величина постоянная. Проверить эту зависимость экспериментально можно, используя укороченный манометр (см. рис.1).


    Рис. 1.

    Прибор состоит из "V''- образной трубки, запаянной с одного конца. Стеклянная трубка наполнена маслом и закреплена на металлической пластинке с делениями, по которой определяется высота столбика газа Н, закрытого маслом, разность уровней масла h.

    Порядок выполнения работы

    Опыт 1

    1. Измерить величину атмосферного давления по барометру Ратм.

    2. Измерить температуру в комнате, она же первоначальная температура газа в закрытой трубке манометра Т1.

    3. Зарисовать положение масла в манометре (обозначить - опыт 1), указать численное значение его уровней в обоих коленах трубки.

    4. Измерить длину газового столбика H1 в закрытой трубке (см. рис.1.). Объем столбика газа численно равен его длине (V = Н (V) - в таблице 1).

    5. Измерить величину разности уровня масла в коленах трубки манометра h1.

    6. Рассчитать давление масла, создаваемое разностью его уровней по формуле:

    Pм=ρмgh1

    где ρм = 9,2*102 кг/м3, g = 10 м/с2.

    1. Вычислить величину давления газа в закрытой трубке манометра по формуле: P1=Ратм±Рм, в зависимости от положения масла в коленах манометра (выбрать вариант по рисункам 1 и 2).

    2. Сделать вычисления постоянной C1 = P1 • H1 / T1.




    Рис.1.

    P1=Ратм+Рм
    Рис.2.

    P1=Ратм–Рм

    Возможные положения уровня масла

    манометре

    Опыт 2

    1. Поместить манометр в стакан с горячей водой.

    2. Измерить температуру горячей воды Т2.

    3. Сделать 2-ой рисунок положения уровней масла в манометре (обозначить - опыт2), новые измерения и вычисления для опыта 2 так же как в пунктах 4-7 опыта 1.

    4. Сделать вычисления постоянной С2 = Р2 * Н2 / Т2.

    5. Найти из опытов 1 и 2 среднее значение постоянной "С": Сср = (C1+C 2) / 2

    6. Вычислить абсолютную погрешность измерений: ΔС = | Сср- C1|

    7. Вычислить относительную погрешность измерений: δC=ΔC1 * 100% / Сср

    8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

    9. Все вычисления по опытам 1 и 2 подробно записать до таблицы 1.

    Таблица 1.

    № опыта
    Ратм

    (Па)
    H (V)

    (м)
    h

    (м)
    Рм

    (Па)
    Р (газа)

    (Па)
    C

    (Па м/К)
    ΔC

    (Па м/К)
    δC

    (%)

    1
























    2
























    Контрольные вопросы

    Вариант 1

    1. Почему в данной работе объем газа можно выражать в условных единицах?

    2. Изменится ли данное число "С", если опыт проводить с другой массой газа?

    3. Определить массу 20 л воздуха, находящегося при температуре 273К под давлением 30 атм.

    4. В закрытом со всех сторон сосуде находится неидеальный газ, молекулы которого при ударах о стенки передают им часть кинетической энергии. Будет ли нагреваться сосуд, если он теплоизолирован от окружающей среды?

    5. В баллоне находится газ при температуре 273 К и давлении 1,2·105 Па. Вследствие нагревания давление газа возросло до 1,8·105 Па. На сколько градусов нагрелся газ?

    Вариант 2

    1. Какие причины влияют на точность определения постоянной "С"?

    2. Производит ли газ давление в состоянии невесомости?

    3. Газ при давлении 126,6 кПа и температуре 300К занимает объем 0,60 м3. Найти объем газа при нормальных условиях.

    4. Запуск искусственных спутников Земли показал, что «температура» воздуха на высоте 1000 км достигает нескольких тысяч градусов. Почему же не расплавился спутник, двигаясь на указанной высоте? (Температура плавления железа 1520° С.)

    5. Каким будет давление газа после его охлаждения от 30 до 0 оС, если при 30 оС давление газа было равно 2·105 Па? Объем считать постоянным.

    Рекомендуемая литература

    1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.42-54)

    2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 105-108)


    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

    С ПОМОЩЬЮ ГИГРОМЕТРА И ПСИХРОМЕТРА

    Цель:

    1. Ознакомиться с устройством и принципом действия конденсационного гигрометра.

    2. Научиться измерять и вычислять влажность воздуха.

    3. Научиться пользоваться психрометрическими таблицами (Сборник вопросов и задач по физике [4] табл.8, 20).

    Оборудование:

    1. Конденсационный гигрометр (рис.1).

    2. Термометр.

    3. Эфир.

    4. Психрометры (рис.2)

    Теория

    В атмосфере Земли всегда содержатся водяные пары. Их содержание в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность (ρа) определяется массой водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, т.е. плотностью водяного пара. Абсолютную влажность можно определить по температуре точки росы – температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Температуру точки росы определяют с помощью гигрометра, а затем по таблице "Давление насыщающих паров и их плотность при различных температурах" находят соответствующую температуре точки росы плотность. Найденная плотность и есть абсолютная влажность окружающего воздуха. Относительная влажность В показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность ρа от плотности ρн водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре:

    В = ρа • 100% / ρн (1)

    Для определения относительной влажности используют гигрометр и психрометр. Гигрометры (от греч. hygros—влажный и metron—мера), приборы для определения влажности воздуха. Существует три основных типа гигрометра.: одни показывают абсолютную влажность, другие — относительную, третьи—точку росы. Гигрометры, определяющие влажность воздуха по точке росы, носят название конденсационных гигрометров. Из конденсационных гигрометров, наиболее простое устройство имеет зеркальный гигрометр Ламбрехта (см. рисунок 1).




    Рис.1

    Он состоит из металлической камеры 1, передняя часть 2 которой гладко отполирована; внутри камеры налит серный эфир и вставлен термометр 6 для измерения температуры эфира. В камеру входят две трубки, по которым посредством каучукового баллона 5 продувают через эфир воздух; при этом эфир испаряется, и вследствие этого температура воздуха в камере постепенно понижается. При опускании температуры до точки росы зеркальная наружняя поверхность 2 гигрометра покрывается мельчайшими капельками воды (запотевает) – «выпадает роса». При этом часть корпуса гигрометра 3 (внешнее кольцо) имеет комнатную температуру и остается сухой (для сравнения). Чем меньше влажность, тем ниже точка росы. Давление насыщенных паров при точке росы, определяемое по таблице 8 в сборнике вопросов и задач по физике [4]). Относительная влажность может быть определена по формуле (1).

    Для определения относительной влажности особенно часто пользуются гигрометр, носящии название психрометр. Рассмотрим устройства психрометра Августа(см. рис. 2).



    Рис.2

    Он состоит: сухого термометра-1, панели-2, влажного термометра-3, чехла -4, сосуда с водой-5.

    Психрометр Августа имеет два термометра: "сухой" и "влажный". Они так называются потому, что конец одного из термометров находится в воздухе, а конец второго обвязан кусочком марли, погруженным в воду. Испарение воды с поверхности влажного термометра приводит к понижению его температуры. Второй же, сухой термометр, показывает обычную температуру воздуха. Определение влажности основано на сравнении показаний сухого t1 и смоченного t2 термометров. Так как с поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение воды, то его температура будет ниже, чем сухого. Причем разность между показаниями термометров будет тем больше, чем меньше влажность воздуха, так как при малой влажности испарение происходит более интенсивно и показания влажного термометра будут меньшими. Понижение температуры смоченного термометра продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие, при котором на испарение будет уходить столько тепла, сколько будет приходить из окружающей среды.

    Порядок выполнения работы

    Опыт 1

    Работа с гигрометром.

    1. Измерить температуру окружающего воздуха tкомн

    2. Наполнить камеру гигрометра летучей жидкостью (эфир 3-4 см3)

    3. Установить термометр в камеру гигрометра (рис.1). При помощи груши продувать воздух через эфир и внимательно следить за полированной поверхностью стенки камеры 1, сравнивая ее с поверхностью кольца 2 (рис.1). Заметив появление росы (начало запотевания), записать температуру точки росы tросы

    4. Опыт повторить 1-2 раза.

    5. Определить температуру точки росы как среднее арифметическое измеренных температур.

    6. По таблице (см. таблицу 1) определить плотность пара соответственно при температуре точки росы и комнатной. ρн –плотность пара при точке росы, ρа –плотность пара при комнатной температуре.

    7. Вычислить относительную влажность B1 по формуле:

    B1 = ρн (tросы) •* 100% / ρн (tкомн)

    Опыт2

    Работа с психрометром.

    1. Проверить наличие воды в стаканчике психрометра и при необходимости долить ее.

    2. Определить температуру сухого термометра tcyx

    3. Определить температуру влажного термометра tвл

    4. Определить разность показаний термометров: Δt = tсух –tвл, °С.Пользуясь психрометрической таблицей (см. таблицу 2), определить относительную влажность В2.

    5. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе.

    Контрольные вопросы

    Вариант 1.

    1. Почему при продувании воздуха через эфир на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?

    2. Температура в помещении понижается, а абсолютная влажность остается прежней. Как изменится разность показаний термометров психрометра?

    3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильна?

    4. При какой температуре выпадет роса, если абсолютная влажность воздуха 7,3*10-3 кг/м3?

    5. При понижении температуры от 27 до 10 градусов из каждого кубического метра воздуха выделилось 8 г воды. Какова была относительная влажность воздуха при 27 градусах?

    Вариант 2.

    1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометров наибольшая?

    2. Сухой и влажный термометры психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

    3. Почему перед дождём ласточки летают низко?

    4. Относительная влажность воздуха 73% .Что показывает сухой и влажный термометры психрометра, если разность их показаний равна 4 градусам?

    5. В сводке погоды днём сообщалось, что температура воздуха составляет 25 градусов, относительная влажность – 75% . Выпадет ли ночью роса, если температура понизится до 17 градусов?

    Рекомендуемая литература

    1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.64-75)

    2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 113-115)


    Т

    блиц

    1. Давление насыщенных паров воды, мм

    рт. ст.

    Таблица 1

    С°

    Десятые доли градусов

     

    0.0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.

    5

    6.54

    6.59

    6.64

    6.6

    6.73

    6

    78

    6.82

    6.87

    6.92
    .97

    6

    7.01

    7.06

    7.1

    7.16

    7.21

    7.26

    7.31

    7.36

    7.41

    7.46

    7

    7.51

    7.57

    7.62

    7.

    7

    7.72

    7.78

    7.83

    7.88

    7.94

    7.99

    8

    8

    05

    8.10

    8.16

    8.21

    8.27

    8.32

    8.38

    8.44

    8.5

    8.55

    9

    8.61

    8.67

    8.73

    8.79

    8.85

    8.91

    8.97

    9.03

    9.09

    9.15

    10

    9.21

    9.27

    9.33

    9.40

    9.46

    9.52

    9.59

    9.65

    9.72

    9.78

    11

    9.85

    9.91

    9.98

    10.04

    10.11

    10.18

    10.25

    10.31

    10.38

    10.45

    12

    10.52

    10.59

    10.66

    10.73

    10.80

    10.87

    10.94

    11.02

    11.09

    11.16

    13

    11.23

    11.31

    11.38

    11.46

    11.53

    11.61

    11.68

    11.76

    11.84

    11.91

    14

    11.99

    12.07

    12.15

    12.23

    12.30

    12.38

    12.46

    12.55

    12.63

    12.71

    15

    12.79

    12.87

    12.96

    13.04

    13.12

    13.21

    13.29

    13.38

    13.46

    13.55

    16

    13.64

    13.72

    13.81

    13.90

    13.99

    14.08

    14.17

    14.26

    14.35

    14.44

    17

    14.53

    14.63

    14.72

    14.81

    14.91

    15.00

    15.10

    15.19

    15.29

    15.38

    18

    15.48

    15.58

    15.68

    15.78

    15.87

    15.97

    16.07

    16.18

    16.28

    16.38

    19

    16.48

    16.59

    16.69

    16.79

    16.90

    17.00

    17.11

    17.22

    17.32

    17.43

    20

    17.54

    17.65

    17.76

    17.87

    17.98

    18.09

    18.20

    18.31

    18.43

    18.54

    21

    18.66

    18.77

    18.89

    19.00

    19.12

    19.24

    19.35

    19.47

    19.59

    19.71

    22

    19.83

    19.95

    20.08

    20.20

    20.32

    20.45

    20.57

    20.70

    20.82

    20.95

    23

    21.07

    21.20

    21.33

    21.46

    21.59

    21.72

    21.85

    21.98

    22.12

    22.25

    24

    22.38

    22.52

    22.65

    22.79

    22.93

    22.07

    23.20

    23.34

    23.48

    23.62

    25

    23.76

    23.91

    24.05

    24.19

    24.34

    24.48

    24.63

    24.77

    24.92

    25.07

    Таблица 2

    Психрометрическая табли

    а относител

    ной

    влажности возду

    а



    Разность показаний сухого и влажного термометров


    0

    5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    4

    4,5

    5

    5,5

    6

    6,

    7

    7,5

    8

    1

    100

    90

    81

    73

    64

    57

    50

    43

    36

    3

    26

    20

    16

    11

    7

    3

     

    2

    100

    90

    82

    74

    66

    59

    52

    45

    39

    33

    29

    23

    19

    16

    11

    7

     

    3

    100
    0

    83

    75

    67

    61

    57

    4

    42

    35

    31

    26

    23

    18

    1

    10

     

    4

    100

    90

    83

    76

    69

    63

    56

    49

    44

    39

    34

    29

    26

    21

    17

    13

    10

    5

    100

    91

    84

    77

    70

    64

    57

    51

    46

    41

    36

    32

    28

    24

    20

    16

    14

    6

    100

    91

    85

    78

    71

    65

    59

    54

    48

    43

    39

    34

    30

    27

    23

    19

    17

    7

    100

    92

    85

    78

    72

    66

    61

    56

    50

    45

    41

    35

    33

    29

    26

    22

    19

    8

    100

    92

    86

    79

    73

    67

    62

    57

    52

    47

    43

    39

    35

    31

    28

    25

    22

    9

    100

    92

    86

    80

    74

    68

    63

    58

    54

    49

    45

    41

    37

    33

    30

    27

    25

    10

    100

    93

    86

    81

    75

    70

    65

    60

    55

    51

    47

    43

    39

    35

    32

    29

    27

    11

    100

    94

    87

    82

    76

    71

    66

    61

    57

    53

    48

    45

    41

    38

    34

    31

    28

    12

    100

    94

    88

    82

    77

    72

    67

    62

    58

    55

    50

    47

    43

    40

    36

    33

    30

    13

    100

    94

    88

    82

    78

    73

    68

    63

    59

    56

    52

    48

    44

    42

    38

    35

    32

    14

    100

    94

    88

    83

    78

    73

    69

    64

    61

    57

    57

    50

    46

    43

    40

    37

    34

    15

    100

    94

    89

    83

    79

    74

    70

    66

    62

    58

    54

    51

    47

    45

    41

    36

    30

    16

    100

    94

    89

    84

    80

    75

    71

    67

    63

    59

    55

    52

    49

    46

    43

    41

    37

    17

    100

    95

    90

    84

    80

    75

    72

    67

    64

    60

    57

    53

    50

    48

    44

    42

    39

    18

    100

    95

    90

    84

    81

    76

    73

    68

    65

    61

    58

    54

    52

    49

    46

    44

    40

    19

    100

    95

    90

    85

    81

    76

    74

    69

    66

    62

    59

    56

    53

    50

    47

    45

    42

    20

    100

    95

    91

    85

    82

    77

    74

    70

    66

    63

    60

    57

    54

    51

    48

    46

    43

    21

    100

    95

    91

    86

    82

    78

    75

    71

    67

    64

    61

    58

    55

    53

    49

    47

    44

    22

    100

    95

    91

    86

    83

    79

    75

    71

    68

    65

    62

    59

    56

    54

    51

    49

    46

    23

    100

    95

    91

    87

    83

    79

    76

    72

    69

    65

    63

    60

    57

    55

    52

    50

    47

    24

    100

    96

    91

    87

    83

    80

    76

    72

    69

    66

    63

    61

    58

    56

    53

    51

    48

    25

    100

    96

    92

    88

    84

    80

    77

    73

    70

    67

    64

    62

    59

    56

    53

    52

    49

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО

    НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
    Цель работы: научится определять коэффициент поверхностного натяжения жидкости раз­личными методами.

    Оборудование:

    1 .Бюретка с краном.

    2.Сосуд с водой.

    3.Сосуд для сбора капель.

    4.Капиллярные трубки.

    5.Масштабная линейка. 6.Миллиметровая бумага.

    Теория

    Молекулы в жидкости расположены на расстояниях, при которых проявля­ется действие их сил взаимного притяжения к друг другу. Потенциальная энергия взаимодействия молекул жидкости примерно равна их кинетической энергии . В расположении молекул жидкости имеется ближний порядок - упорядоченное распо­ложение ее молекул в небольшом объеме. Каждая молекула жидкости колеблется около положения равновесия 10 -11с, из которого скачком переходит к новому по­ложению равновесия. Расстояния между молекулами жидкости сравнимы с диамет­ром молекул.

    Основные свойства жидкости: имеет собственный объем, текучесть, хруп­кость, практически не сжимается, на границе с газом образует свободную поверх­ность. Большинство свойств жидкого состояния вещества ближе к свойствам твер­дого состояния, чем к свойствам газообразного.

    Поверхностное натяжение.

    Внутри жидкости ( см. рис. 1 ) силы притяжения на одну молекулу М1 со стороны соседних с ней молекул, взаимно компенсируются. На молекулы поверхностного слоя жидкости М2 действуют неуравновешенные си­лы притяжения к молекулам, расположенным внутри жидкости. Наличие этих сил приводит к поверхностному натяжению.



    Рис.1
    Поверхностное натяжение измеряется силой F , приходящейся на единицу длины контура l , ограничивающего эту поверхность, и действующей по касатель­ной к этой поверхности. Сила поверхностного натяжения Fстремится сократить площадь свободной поверхности жидкости до минимума.

    F=σ ∙l(1)

    где σ = F/l - коэффициент поверхностного натяжения жидкости (в н/м).

    При сокращении площади свободной поверхности жидкости совершается работа:

    А=σ∙ΔS (2)

    где σ =A/ΔS

    Методы определения коэффициента поверхностного натяжения Метод отрыва капель.

    Опыт осуществляют при помощи установки ( см. рис.2 ). Установка для определения коэффициента поверхностного натяжения состоит из штатива, на котором установлена бюретка с исследуемой жидкостью. Бюре́тка (от англ.  burette) — тонкая проградуированная стеклянная трубка ёмкостью обычно 50 мл, открытая на одном конце и снабжённая стеклянным или тефлоновым запорным краном на другом. Предназначена для точного измерения небольших объемов жидкости. Крупные деления нанесены через каждый миллилитр, а мелкие — через 0,1 мл. На конце бюретки находится наконечник-трубка, в которой находится иссле­дуемая жидкость.


    Открывая кран бюретки так, чтобы из бюретки медленно падали капли. Перед моментом отрыва капли сила тяжести её P=mg равна силе поверхностного натяжения F, граница свободной поверхности- окружность шейки капли, P=F. Следовательно, F=mкап g, поэтому σ=m кап g/d. Опыт показывает, что dкап=0,9 d, где d-диаметр канала узкого конца бюретки.

    Метод подъема воды в капиллярах

    Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах(см. рис.3). Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, не смачивающие – опускаются. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей Fн сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: Fт = Fн, где Fт = mg = ρhπr2g, Fн = σ2πr .Отсюда следует: h=2 / ρrg.










    Рис.3
    Рис.2


    Порядок выполнения работы

    Опыт 1

    1. Собрать установку и наполнить бюретку водой

    2. Измерить диаметр канала узкого конца бюретки.

    3. Определить по шкале бюретки начальный объем воды V1 в мл (1мл=10 -6 м 3).

    1. Поставить под бюретку сосуд, наполнить ее водой и, плавно открывая кран, до­биться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через1-2с.)

    1. Отсчитать 20-40 капель.

    2. Определить конечный объем воды в бюретке V2.

    3. Найти объем капель по формуле: V = V2 – V1.

    4. Масса одной капли будет равна: mx = .

    5. Вычислить коэффициент поверхностного натяжения жидкости по формуле:

    σ =

    где =103 кг/ м3 – плотность воды, d-диаметр бюретки, -ускорение свободного падения.

    Опыт 2

    1. Опустить в стакан с водой капиллярную трубку.

    2. Измерить высоту подъёма воды h в капиллярной трубке над поверхностью воды в стакане(см.рис.3).

    3. Измерить диаметр капилляра d, вычислить его радиус r=d/2.

    4. Произвести вычисления коэффициента поверхностного натяжения по формуле

    hr g/2

    1. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

    2. Сравнить результаты с табличным значением коэффициента поверхностного натяжения табл=0,072 Н/м и определить абсолютную погрешность методом оценки результатов измерений

    3. Определить относительную погрешность •100 /

    4. Все вычисления подробно записать .

    • Смотрите также файлы