Ćwiczenie Nr 119

Ćwiczenie Nr 119
Temat:
Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego cieczy metodą
rurek włoskowatych
1. LITERATURA
a) Sz.Szczeniowski, Fizyka dośw., cz. II. PWN, W-wa 1976.
b) T.Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, W-wa 1978.
c) http://labor.zut.edu.pl/wfc9.html
2. PROBLEMY TEORETYCZNE
1. Oddziaływanie międzycząsteczkowe (siły spójności i przylegania, ciśnienie
wewnętrzne cieczy), napięcie powierzchniowe (definicja współczynnika napięcia
powierzchniowego).
2. Przyleganie (kąt zetknięcia), włoskowatość. Jak powstaje menisk wklęsły i wypukły.
3. ZAGADNIENIA DOŚWIADCZALNE
a) wyznaczyć średnice wewnętrzne rurek włoskowatych (mierząc wysokość wzniesienia
wody w każdej rurce)
d
4
gh
b) wyznaczyć współczynnik napięcia powierzchniowego cieczy badanej
x 
 x  g  d  hx
4
gdzie:  - współczynnik napięcia powierzchniowego wody,  - gęstość wody, h średnia wartość wysokości wzniesienia wody w rurce włoskowatej;  x ,  x , hx odpowiednie wielkości dla cieczy badanej.
4. ZESTAW POMIAROWY
Rurki włoskowate, linijka z podziałką milimetrową, pompka gumowa, woda destylowana
(zabarwiona), ciecz badana.
5. WYKONANIE ĆWICZENIA
a) Wlać do płaskiego, szklanego naczyńka zabarwioną wodę destylowaną. Rurkę
włoskowatą przepłukać wodą destylowaną. Oczyszczoną rurkę umieszczoną w
statywie zanurzyć pionowo do wody, przy pomocy strzykawki usunąć (wydmuchać)
pęcherzyki powietrza z rurki i odłączyć strzykawkę. Zmierzyć wysokość słupa wody
hw w rurce, mierząc od poziomu wody w naczyńku do środka menisku.
b) Powtórzyć pomiar dziesięciokrotnie dla każdej rurki.
c) Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli 1:
Tabela 1.
Nr
rurki
1
2
3
4
u (d )[ mm]
u (h )[ mm]
Δh=............................
d) Wylać zabarwioną wodę i do naczynka nalać badanej cieczy. Przemyć rurki.
Czynności opisane w punktach a i b powtórzyć dla tej cieczy. Wyniki pomiarów
zapisać w tabeli 2:
Tabela 2.
Nr
rurki
1
2
3
4
u (hx )[ mm]
N 
x 
m
N 
u ( x )  
m
e) Wylać badaną ciecz i uporządkować stanowisko pomiarowe.
6. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
a) Dla każdej rurki i dla obu cieczy obliczyć wartość średnią wzniesienia włoskowatego
h (lub h x ) oraz niepewność pomiarową u A (h ) . Niepewność tę obliczamy jako
10
u (h )  u A2 (h )  u B2 (h ) , gdzie u A (h ) 
 (h
i 1
i
 h )2
; u B (h ) 
h
10  (10  1)
3
h - niepewność maksymalna pomiaru wysokości słupka cieczy.
b) Korzystając z danych z tabeli 1 obliczyć średnicę każdej rurki ze wzoru:
d
4
gh
kg
N
;   (72,6  0,2)  10 3 ;
3
m
m
c) Obliczyć niepewność wyznaczenia średnicy rurek korzystając ze wzoru:
Dla wody :   (1000  5)
2
 d 
 d 
 d 
2
2
2
u (d )  
  u ( )     u (  )     u (h ) 
  
 h 
  
2
u 2 ( )
u 2 ( )
2
u 2 (h )
2
2
h2


i pamiętając, że u (  ) 
i u ( ) 
3
3
d) Obliczyć współczynnik napięcia powierzchniowego cieczy badanej (dla każdej rurki
osobno) według wzoru :
d

x 

 x  g  d  hx
4
Badaną cieczą jest 92% wodny roztwór alkoholu etylowego. Znajdź gęstość  a tego
alkoholu w tablicach i oblicz gęstość  x badanego roztworu :
 x  0,92  a  0,08 
(  - gęstość wody)
e) Obliczyć niepewności wyznaczenia napięcia powierzchniowego dla każdej rurki
korzystając ze wzoru:
 
u ( x )   x
  x
x 
2
 

  
  u 2 (  x )   x   u 2 (d )   x
 d 

 hx
2
u 2 ( x )
 x2
2

  u 2 (hx ) 

u 2 (d ) u 2 (hx )


d2
hx2
 
u (  x )   x
  a
2

 
  u 2 (  a )   x
 

2

  u 2 (  ) 

 0,92  u 2 (  a )  0,08  u 2 (  )
gdzie  a - gęstość alkoholu;  - gęstość wody
f) Obliczyć wartość średnią  współczynnika napięcia powierzchniowego dla cieczy
badanej z wartości wyliczonej dla 4 rurek oraz niepewność tej średniej:
4
4
 
 i
i 1
4
u ( ) 
 (
i 1
i
  )2
4  (4  1)
Wynik końcowy przedstawić w postaci
   u( )
[Np. zapis x=71(5)cm oznacza, że x  71 cm a u ( x )  5 cm
a zapis x  (71  5)cm oznacza, że x  71 cm a x  5cm ]