Kā izmērīt virsmas spraigumu

Saturs

Soļi
1. metode no 3: šūpoles sviras izmantošana
2. metode no 3: ar kapilāru efektu
3. metode no 3: Kā noteikt relatīvo virsmas spraigumu, izmantojot monētu
Ko tev vajag

Virsmas spraigums raksturo šķidruma spēju pretoties gravitācijai. Piemēram, ūdens uz galda veido pilienus, jo ūdens molekulas tiek piesaistītas viena otrai, kas neitralizē gravitāciju. Virsmas sasprindzinājuma dēļ uz ūdens virsmas var turēt smagākus priekšmetus, piemēram, kukaiņus. Virsmas spraigumu mēra ar spēku (N), dalītu ar vienības garumu (m) vai enerģiju uz laukuma vienību. Spēks, ar kuru mijiedarbojas ūdens molekulas (saliedējošais spēks), rada spriedzi, kā rezultātā rodas ūdens (vai citu šķidrumu) pilieni. Virsmas spraigumu var izmērīt, izmantojot dažus vienkāršus priekšmetus, kas atrodami gandrīz katrā mājā, un kalkulatoru.

Soļi

1. metode no 3: šūpoles sviras izmantošana

1 Pierakstiet virsmas spraiguma vienādojumu. Šajā eksperimentā vienādojums virsmas spraiguma noteikšanai ir šāds: F = 2Sd, kur F - spēks ņūtonos (N), S - virsmas spraigums ņūtonos uz metru (N / m), d ir eksperimentā izmantotās adatas garums. Izteiksim virsmas spraigumu no šī vienādojuma: S = F / 2d.
- Spēks tiks aprēķināts eksperimenta beigās.
- Pirms eksperimenta uzsākšanas izmantojiet lineālu, lai izmērītu adatas garumu metros.
2 Izveidojiet nelielu rokeru. Šajā eksperimentā tiek izmantota šūpuļzirgs un maza adata, kas peld pa ūdens virsmu, lai noteiktu virsmas spraigumu.Ir rūpīgi jāapsver šūpoles sviras konstrukcija, jo no tā ir atkarīga rezultāta precizitāte. Jūs varat izmantot dažādus materiālus, galvenais ir izgatavot horizontālu joslu no kaut kā cieta: koka, plastmasas vai bieza kartona.
- Nosakiet stieņa centru (piemēram, salmiņu vai plastmasas lineālu), kuru izmantosit kā šķērsstieni, un šajā vietā urbiet vai caurdursiet caurumu; tas būs šķērsstieņa atbalsta punkts, pie kura tas brīvi griezīsies. Ja izmantojat plastmasas salmiņu, vienkārši caurdurt to ar tapu vai naglu.
- Izurbiet vai perforējiet caurumus šķērssijas galos tā, lai tie būtu vienādā attālumā no centra. Izlaidiet pavedienus caur caurumiem, lai pakārt svaru kausu un adatu.
- Ja nepieciešams, atbalstiet staru ar grāmatām vai citiem pietiekami cietiem priekšmetiem, lai sija būtu horizontāla. Ir nepieciešams, lai šķērsstienis brīvi grieztos ap naglu vai stieni, kas iestrēdzis tā vidū.
3 Paņemiet alumīnija folijas gabalu un sarullējiet to kastītes vai apakštase formā. Nav nemaz nepieciešams, lai šim apakštasei būtu regulāra kvadrātveida vai apaļa forma. Jūs to piepildīsiet ar ūdeni vai kādu citu svaru, tāpēc pārliecinieties, vai tas var izturēt svaru.
- Pakariniet skārda folijas kasti vai apakštase no viena stieņa gala. Izveidojiet mazus caurumus gar apakštase malām un pavediet cauri tiem, lai apakštase karājas pie stieņa.
4 Pakariet adatu vai saspraudi no stieņa otrā gala tā, lai tas būtu horizontāls. Piestipriniet adatu vai saspraudi horizontāli pie diega, kas karājas no stieņa otrā gala. Lai eksperiments būtu veiksmīgs, adata vai saspraude jānovieto precīzi horizontāli.
5 Novietojiet kaut ko uz stieņa, piemēram, plastilīnu, lai līdzsvarotu alumīnija folijas trauku. Pirms eksperimenta uzsākšanas ir jāpārliecinās, ka šķērsstienis atrodas horizontāli. Folijas apakštase ir smagāka par adatu, tāpēc apakštase malā esošā josla nokrīt uz leju. Stieņa pretējā pusē piestipriniet pietiekami daudz plastilīna, lai tas būtu horizontāls.
- To sauc par balansēšanu.
6 Ievietojiet piekārto adatu vai saspraudi ūdens traukā. Šis solis prasīs papildu pūles, lai adatu novietotu uz ūdens virsmas. Pārliecinieties, ka adata negrimst ūdenī. Piepildiet trauku ar ūdeni (vai citu šķidrumu, kura virsmas spraigums nav zināms) un novietojiet to zem piekārtās adatas tā, lai adata būtu tieši uz šķidruma virsmas.
- Pārliecinieties, vai virve, kas notur adatu, paliek vietā un ir pietiekami stingra.
7 Nelielā svarā nosveriet dažas tapas vai nelielu daudzumu izmērītu ūdens pilienu. Jūs pievienosit vienu tapu vai vienu pilienu ūdens uz šūpuļtīkla alumīnija apakštase. Šajā gadījumā ir jāzina precīzs svars, ar kādu adata izlēks no ūdens virsmas.
- Saskaitiet tapas vai ūdens pilienus un nosveriet tos.
- Nosakiet vienas tapas vai ūdens piliena svaru. Lai to izdarītu, kopējo svaru sadaliet ar tapu vai pilienu skaitu.
- Pieņemsim, ka 30 tapas sver 15 gramus, tad 15/30 = 0,5, tas ir, viena tapa sver 0,5 gramus.
8 Pievienojiet tapas vai ūdens pilienus pa vienam alumīnija folijas apakštase, līdz adata atdalās no ūdens virsmas. Pakāpeniski pievienojiet vienu tapu vai ūdens pilienu. Uzmanīgi vērojiet adatu, lai nepalaistu garām brīdi, kad pēc nākamā svara pieauguma tā nokritīs no ūdens. Kad adata atdalās no šķidruma virsmas, pārtrauciet pievienot tapas vai ūdens pilienus.
- Saskaitiet tapas vai ūdens pilienus, kuru dēļ adata, kas atrodas stieņa pretējā galā, nokrita no ūdens virsmas.
- Pierakstiet rezultātu.
- Lai iegūtu precīzākus rezultātus, atkārtojiet eksperimentu vairākas (5 vai 6) reizes.
- Aprēķiniet iegūto rezultātu vidējo. Lai to izdarītu, visos eksperimentos pievienojiet tapas vai pilienus un kopējo skaitu daliet ar eksperimentu skaitu.
9 Konvertējiet tapu skaitu uz spēku. Lai to izdarītu, gramu skaitu reiziniet ar 0,00981 N / g. Lai aprēķinātu virsmas spraigumu, jums jāzina spēks, kas nepieciešams adatas pacelšanai no ūdens virsmas. Tā kā jūs iepriekšējā solī skaitījāt tapas svaru, lai noteiktu spēku, jums vienkārši jāreizina šis svars ar 0,00981 N / g.
- Reiziniet šķīvīšu tapu skaitu ar vienas tapas svaru. Piemēram, ja ievietojat 5 tapas, katra sver 0,5 gramus, to kopējais svars ir 0,5 grami / tapa = 5 x 0,5 = 2,5 grami.
- Reiziniet gramu skaitu ar koeficientu 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Pievienojiet šīs vērtības vienādojumam un atrodiet vajadzīgo vērtību. Eksperimenta laikā iegūtos rezultātus var izmantot, lai noteiktu virsmas spraigumu. Vienkārši pievienojiet atrastās vērtības un aprēķiniet rezultātu.
- Pieņemsim, ka iepriekš minētajā piemērā adatas garums ir 0,025 metri. Aizstājot vērtības vienādojumā, mēs iegūstam: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Tādējādi šķidruma virsmas spraigums ir 0,05 N / m.

2. metode no 3: ar kapilāru efektu

1 Uzziniet par kapilāro efektu. Lai saprastu kapilārās parādības, vispirms jāiepazīstas ar saķeres un kohēzijas spēkiem. Saķeres dēļ šķidrums pielīp pie cietas virsmas, piemēram, stikla. Sakarā ar kohēzijas spēku šķidruma molekulas tiek pievilktas viena pie otras. Saķeres un kohēzijas spēku apvienotā darbība liek šķidrumam pacelties plānās caurulītēs.
- No šķidruma pacelšanās augstuma caurulē var aprēķināt šī šķidruma virsmas spraigumu.
- Saliedējošie spēki noved pie burbuļu un pilienu veidošanās uz virsmas. Kad šķidrums nonāk saskarē ar gaisu, šķidruma molekulas tiek piesaistītas viena otrai, kā rezultātā veidojas burbulis.
- Saķere noved pie meniska veidošanās, kas ir pamanāma šķidruma saskares vietās ar stikla sienām. Meniska ieliektā forma ir redzama ar neapbruņotu aci.
- Kapilārā efekta piemērs ir šķidruma pacelšana salmiņā, kas ievietots glāzē ūdens.
2 Pierakstiet vienādojumu virsmas spraiguma noteikšanai. Virsmas spraigumu aprēķina šādi: S = (ρhga / 2), kur S - virsmas spraigums, ρ - pētāmā šķidruma blīvums, h - šķidruma pacelšanās augstums caurulē, g - gravitācijas paātrinājums gravitācijas ietekmē, kas iedarbojas uz šķidrumu (9,8 m / s), a ir kapilārās caurules rādiuss.
- Aizstājot datus šajā vienādojumā, pārliecinieties, vai tie ir izteikti metriskajās vienībās: blīvums kg / m, augstums un rādiuss metros, gravitācijas izraisītais paātrinājums m / s.
- Ja šķidruma blīvums nav norādīts iepriekš, to var atrast rokasgrāmatā vai aprēķināt, izmantojot formulu blīvums = masa / tilpums.
- Virsmas spraigumu mēra ņūtonos uz metru (N / m). Ņūtons ir vienāds ar 1 kg * m / s. Lai patstāvīgi noteiktu mērvienības, vienkārši aizstājiet tās vienādojumā bez skaitliskām vērtībām: S = kg / m * m * m / s * m. Ja skaitītājā un saucējā samazināsim divus metrus, mēs iegūsim 1 kg * m / s / m, tas ir, 1 N / m.
3 Ielejiet traukā šķidrumu ar nezināmu virsmas spraigumu. Paņemiet seklu šķīvi vai bļodu un ielejiet tajā šķidrumu tā, lai tas pārklātu dibenu par 2 līdz 3 centimetriem. Šķidruma daudzumam nav nozīmes, galvenais ir tas, ka ir skaidri redzams, cik daudz tas pacelsies kapilārā mēģenē.
- Ja plānojat eksperimentēt ar dažādiem šķidrumiem, rūpīgi notīriet un nosusiniet plāksni, pirms tajā ielejat citu šķidrumu, vai katru reizi izmantojiet citu trauku.
4 Iemērciet tīru, plānu cauruli šķidrumā. No šķidruma pieauguma augstuma šajā caurulē jūs noteiksit virsmas spraigumu.Turiet caurules tīras, lai skaidri redzētu, cik augstu šķidrums pacels virs tā līmeņa traukā. Turklāt caurulei jābūt nemainīgam rādiusam.
- Lai izmērītu rādiusu, vienkārši novietojiet lineālu pret caurules augšpusi un nosakiet diametru. Tad sadaliet diametru ar 2, un jūs atradīsit rādiusu.
5 Izmēriet šķidruma augstumu virs tā līmeņa plāksnē. Pārvietojiet lineāla malu uz šķidruma virsmas paplātē un nosakiet, cik augstu šķidrums ir pacēlies mēģenē. Ūdens caurulē paceļas, jo virsmas spraiguma celšanas spēks pārsniedz pievilkšanas spēku.
6 Pievienojiet šīs vērtības vienādojumam un veiciet aprēķinus. Pēc visu nepieciešamo vērtību noteikšanas pievienojiet tās vienādojumam un atrodiet virsmas spraigumu. Noteikti konvertējiet visas vērtības metriskās vienībās, lai iegūtu pareizu rezultātu.
- Pieņemsim, ka mēs mērām ūdens virsmas spraigumu. Ūdens blīvums ir aptuveni 1 kg / m3 (šajā piemērā mēs izmantojam aptuvenas vērtības). Paātrinājums gravitācijas ietekmē ir 9,8 m / s. Lai caurules rādiuss būtu 0,029 m, un ūdens ir pacēlies līdz 0,5 m augstumam.Kāds ir ūdens virsmas spraigums?
- Aizstājiet iegūtās vērtības vienādojumā un iegūstiet: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

3. metode no 3: Kā noteikt relatīvo virsmas spraigumu, izmantojot monētu

1 Savāc visu nepieciešamo. Šim eksperimentam jums būs nepieciešams acu pilinātājs, sausa monēta, ūdens, neliela bļoda, trauku mazgāšanas šķidrums, augu eļļa un dvielis. To visu var atrast mājās vai iegādāties vietējā veikalā. Jūs varat iztikt bez trauku ziepēm un augu eļļas, bet salīdzināšanai jums būs nepieciešami daži dažādi šķidrumi.
- Pirms eksperimenta uzsākšanas pārliecinieties, ka monēta ir tīra un sausa. Ja izmantojat mitru monētu, jūs iegūsit neprecīzus rezultātus.
- Šis eksperiments neļauj aprēķināt virsmas spraigumu; to var izmantot tikai dažādu šķidrumu virsmas spraiguma salīdzināšanai.
2 Uz monētas virsmas piliniet vienu pilienu šķidruma. Novietojiet monētu uz dvieļa vai citas virsmas, kas var būt mitra. Ielejiet pipetē pirmo šķidrumu un pēc tam lēnām uzpiliniet monētai vienu pilienu. To darot, saskaitiet pilienus. Turpiniet, līdz šķidrums izplūst ārpus monētas.
- Ierakstiet, cik daudz pilienu vajadzēja, lai šķidrums izlītu ārpus monētas.
3 Atkārtojiet šo procedūru ar dažādiem šķidrumiem. Tīriet un nosusiniet monētu katru reizi, kad maināt šķidrumu. Nosusiniet arī virsmu, uz kuras novietojat monētu. Pirms jauna eksperimenta izmantojiet dažādas pipetes vai notīriet pipeti.
- Mēģiniet ūdenim pievienot trauku ziepes, pēc tam piliniet ūdeni uz monētas un pārbaudiet, vai mainās virsmas spraigums.
4 Salīdziniet pilienu skaitu, kas nepieciešams dažādiem šķidrumiem, lai aizpildītu monētu. Mēģiniet vairākas reizes atkārtot eksperimentu ar to pašu šķidrumu, lai redzētu, vai rezultāti ir precīzi. Rezultātu vidējā vērtība: pievienojiet pilienu skaitu dažādos eksperimentos un kopējo skaitu daliet ar eksperimentu skaitu. Pierakstiet, cik pilienu vajadzēja, lai dažādi šķidrumi piepildītu monētu.
- Jo vairāk pilienu ir nepieciešams, lai aizpildītu monētu, jo lielāka ir šī šķidruma virsmas spraigums.
- Trauku mazgāšanas līdzeklis samazina ūdens virsmas spraigumu; pievienojot to, monētas piepildīšanai vajadzēs mazāk pilienu.