Порядок выполнения работы.
Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости.
Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.
Оборудование: сосуд с подкрашенной водой, полоска фильтровальной бумаги размером 120 х 10 мм, полоска хлопчатобумажной ткани размером 120 х 10 мм, линейка измерительная.
Содержание работы.
Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъём жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх, Fв не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:
Fв = mg.
По третьему закону Ньютона сила Fв, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения Fпов, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения её с жидкостью:
Fв = Fпов.
Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре (рисунок 1)
Fпов = mg. (1)
Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус которой r равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости, равна длине окружности:
l = 2πr.
Тогда сила поверхностного натяжения равна:
Fпов = σ2πr, (2)
где σ – поверхностное натяжение жидкости.
Масса столба жидкости объёмом V = πr2h равна:
m = ρV = ρ πr2h. (3)
Подставляя выражение (2) для Fпов и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим
σ2πr = ρ πr2hg,
откуда диаметр капилляра
D = 2r = 4σ/ ρgh. (4)
Порядок выполнения работы.
1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рисунок 2), наблюдая поднятие воды в полосках.
2. Как только прекратится подъём воды, полоски выньте и измерьте линейкой высоты h1 и h2 поднятия в них воды.
3. Абсолютные погрешности измерения Δ h1 и Δ h2 принимают равными удвоенной цене деления линейки.
Δ h1 = 2 мм; Δ h2 = 2 мм.
4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле (4).
D1 = 4σ/ ρgh1
D2 = 4σ/ ρgh2.
Для воды σ ± Δσ = (7, 3 ± 0, 05)х10-2 Н/ м.
5. Рассчитайте абсолютные погрешности Δ D1 и Δ D2 при косвенном измерении диаметра капилляров.
Δ D1 = D1(Δσ/ σ + Δ h1/ h1);
Δ D2 = D2(Δσ/ σ + Δ h2/ h2).
Погрешностями Δ g и Δ ρ можно пренебречь.
6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде
D1 ± Δ D1 =
D2 ± Δ D2 =
Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 414 | Нарушение авторских прав
|