•
13. Что такое ПАВ, какова их ропь в нефтеотдаче?
14. Объясните капиллярное поднятие (опускание) жидкости.
15. Почему рыхление почвы способствует сохранению в ней влаги?
ЛИТЕРАТУРА
1. Савельев физики. Т.1.- М.: Наука 1989, § 92, 93, 94.
2. Сивухпн курс физики. Т.2 (Термодинамика п
молекулярная физика).- М: 1979, § 106,109.
3. , Ахиезер общей физики. Механика и
молекулярная физика.- М.: 1969, § 94, 96, 97.
• Лабораторная работа поставлена .
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 163
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО
НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА СПИРТА В ВОДЕ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СПИРТА
ПО МЕТОДУ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПУЗЫРЬКЕ
I. Цель и содержание работы
Цель работы состоит в ознакомлении с методом измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости на границе с воздухом по максимальному давлению в пузырьке воздуха, отрывающемся от капиллярного кончика. Работа состоит в изучении зависимости коэффициента поверхностного натяжения от концентрации раствора спирта в воде.
II. Приборы, необходимые для выполнения работьг
1. Аспиратор (1), предназначенный для создания разрежения (рис.7).
2. Пробирка с боковым отростком, с нанесенной на ней меткой,
определяющей уровень жидкости.
3. Пробка к пробирке с пропущенной через отверстие в ней труб
кой с оттянутым концом (капиллярный кончик) (3) для выпускания
пузырьков воздуха.
4. Жидкостный V - образный манометр (4) для измерения давле
ния.
5. Стакан (5).
6; Четырехконечный переходник (б) с краном.
7. Набор исследуемых жидкостей.
8. Комнатный термометр.
IIL Порядок выполнения работы
Добавление к воде незначительного количества некоторых органических веществ (мыла, спирта и др.) вызывает значительное уменьшение поверхностного натяжения полученной смеси по сравнению с водой. Такие вещества называются поверхностно-активными. Понижение коэффициента поверхностного натяжения а в растворах поверхностно-активных веществ обусловлено повышением их концентрации в поверхностном слое раствора.
Повышение концентрации объясняется, тем, что перенос молекул поверхностно-активных веществ к поверхности воды требует меньшей затраты энергии, чем перенос молекул воды.
Используемый в работе метод измерения а основан на измерении максимального давления в пузырьке воздуха, выдуваемом под действием атмосферного давления из капиллярного кончика в исследуемую жидкость, над поверхностью которой создается разрежение. Давление внутри пузырька воздуха Р<>, равное атмосферному в момент отрыва от кончика, уравновешивается давлением Р над поверхностью жидкости и капиллярным давлением Pff:
Капиллярное давление Ре обусловлено кривизной поверхности жидкости на границе разделе ее с пузырьком. Величина его определяется формулой: Ро = 2a/R,
Из (7) получаем: Ра = Ро-Р. Таким образом, капиллярное давление Pf может быть измерено разностью высот уровней жидкости в коленах V - образного манометра (рис.7). Если обозначить эту разность высот через h, то Р<? ~ h. Поскольку Fff = 2a/R, то, следовательно, и
|
коэффициент поверхностного натяжения а пропорционален h:
(8)
где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров конника и являющийся величиной постоянной для данного прибора.
Рнс.7. Установка для измерения коэфф. поверхностного натяжения
Для определения k производится опыт с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения Оо которой на границе с воздухом хорошо известен, например, с дистиллированной водой:
Здесь oq - коэффициент поверхностного натяжения воды на границе с воздухом при данной температуре; ао - соответствующая разность высот уровней жидкости в манометре, измеренная в тех же единицах, что и Л.
Коэффициент поверхностного натяжения любой жидкости можно рассчитать теперь по формуле:
Выполнять работу надо в следующей последовательности:
1. Капиллярный кончик 3 через отверстие в пробке вставляется в сосуд 2, наполненный до метки дистиллированной водой. При этом кончик, должен слегка касаться поверхности воды.
Аспиратор 1, соединенный с помощью резиновых трубок и четырехконечного переходника с сосудом 2 и манометром 3, наполняется водой до бокового отростка. Закрыв кран четырехконечного переходника, соединяющий систему с атмосферой, слегка открывают кран аспиратора. Вода начинает медленно вытекать из аспиратора, создавая разрежение в сосуде 2 и левом колене манометра 4.
При наличии разрежения атмосферное давление будет проталки-ватъ пузырек воздуха через капиллярный кончик в сосуд 2. С помощью крана аспиратора можно регулировать скорость выпускания пузырьков воздуха из кончика. Скорость образования пузырьков должна быть небольшой для точного измерения Л.
Когда установится частота образования пузырьков, начинают производить отсчеты по манометру, определяя разность уровней жидкости в обоих коленах hq в момент отрыва пузырька. Отсчеты произво-
дятся не менее, чем для 5-ти пузырьков, и для них берется среднее значение hо. Определяют температуру, при которой производится опыт, по термометру, находящемуся в лаборатории. Затем по таблице, имеющейся в лаборатории, находят 00 для данной температуры и определяют постоянную прибора k по формуле (9).
2. Выливают воду на сосуда 2. Промыв его капиллярный кончик исследуемым раствором, наполняют сосуд 2 этим же раствором до метки.
Поступая таким же образом, как при определении Л<>> находят разности уровней жидкости h в коленах манометра, когда в сосуде 2 находятся растворы различных концентраций С. Результаты измерений заносятся в таблицу.
С,% | h экспериментальное, мм | Н средн., мм | о, Н/М |
0 | = ... Н/м | ||
С1 | |||
С2 | |||
С3 | |||
С4 | |||
С5 |
IV Обработка результатов измерений
1.3ная k и набор средних значений h для растворов различных кон-центраций, по формуле (10) рассчитывают значения а для каждого случая.
2. Строят график зависимости коэффициента поверхностного натяжения от концентрации.
Контрольные вопросы
1. Приведите силовое и энергетическое определение коэффициента
поверхностного натяжения и укажите его размерность.
2. Нарисуйте, график зависимости энергии взаимодействия двух мо
лекул от расстояния между ними. Дайте определение радиуса межмо-
лекупярного взаимодействия.
3. Чем обусловлено существование сил поверхностного натяжения?
4. Как коэффициент поверхностного натяжения зависит от темпе
ратуры? При какой температуре его значение равно нулю?
5. Что называется поверхностной энергией? Почему жидкость стре
мится уменьшить свою поверхность?
6. Чем обусловлено существование дополнительного давления, со
здаваемого искривленной поверхностью жидкости? Выведите формулу
(5).
7. Почему газовый пузырек под действием сил поверхностного
натяжения принимает форму шара?
8. Каким образом в настоящей работе определяется коэффициент
поверхностного натяжения?
9. На что затрачивается работа при увеличении поверхности жид
кости?
10. Почему коэффициент поверхностного натяжения зависит от
концентрации раствора спирта?
11. Получите выражение для капиллярного давления в цилиндриче
ской массе жидкости (использовать формулу (3).
12. Какими способами можно уменьшить поверхностное натяже
ние?
13. Что такое ПАВ, какова их роль в нефтеотдаче?
14. Объясните капиллярное поднятие (опускание) жидкости.
15. Почему рыхление почвы способствует сохранению в ней влаги?
ЛИТЕРАТУРА
1. Савельев физики. Т.1.- М.: Наука 1989, § 92, 93, 94.
2. Сивухин курс физики. Т.2 (Термодинамика и
молекулярная физика).- М.: 1979, § 106, 109.
3. , Ахиезер общей физики. Механика и
молекулярная физика.- М.: 1969, § 94, 96, 97.
Лабораторная работа поставлена доцентом , старшим преподавателем .
ПРИЛОЖЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ
Важной характеристикой взаимодействия молекул является потенциальная энергия (потенциал межмопекупярного взаимодействия) Щс),- - где г - расстояние между центрами молекул
Здесь С/от - положительная составляющая потенциала, связанная с действием сия отталкивания, Unp - отрицательная составляющая, обусловленная действием сил притяжения. Силы притяжения (силы Ван-дер-Ваальса) достаточно хорошо описываются уже известной (см. рис.1) формулой: Соответственно для потенциала сил притяжения имеем:
Гораздо труднее обосновать вид потенциала сил отталкивания. Обычно его выбор основан на довольно грубых предположениях относительно сил отталкивания, наиболее грубой аппроксимацией является представление о молекулах как жестких непроницаемых сферах, что дает для потенциала отталкивания: Uот = оо при r < ro; Uor = 0 при r > ro , где ro - расстояние, на котором силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга. Именно это предположение используется в модели Ван-дер-Ваальса, рассматривающей молекулы в виде шариков фиксированного объема, между которыми действуют силы притяжения.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
