Kako mjeriti površinsku napetost

Video: Two ways to install the crankshaft and bearings in the scooter crankcase

Sadržaj

Koraci
Metoda 1 od 3: Korištenje klackalice
Metoda 2 od 3: Kapilarnim učinkom
Metoda 3 od 3: Kako odrediti relativnu površinsku napetost pomoću novčića
Što trebaš

Površinska napetost opisuje sposobnost fluida da se odupre gravitaciji. Na primjer, voda na stolu stvara kapljice jer se molekule vode međusobno privlače, što suprotstavlja gravitaciji. Zbog površinske napetosti teži se predmeti, poput insekata, mogu držati na površini vode. Površinska napetost mjeri se silom (N) podijeljenom s jedinicom duljine (m) ili energijom po jedinici površine. Sila s kojom molekule vode međusobno djeluju (kohezivna sila) stvara napetost, što rezultira kapljicama vode (ili drugih tekućina). Površinska napetost može se mjeriti s nekoliko jednostavnih stavki koje se nalaze u gotovo svakom domu i kalkulatorom.

Koraci

Metoda 1 od 3: Korištenje klackalice

1 Zapišite jednadžbu za površinsku napetost. U ovom pokusu jednadžba za određivanje površinske napetosti je sljedeća: F = 2Sd, gdje Ž - sila u newtonima (N), S - površinska napetost u newtonima po metru (N / m), d je duljina igle korištene u pokusu. Izrazimo površinsku napetost iz ove jednadžbe: S = F / 2d.
- Sila će se izračunati na kraju pokusa.
- Prije početka eksperimenta pomoću ravnala izmjerite duljinu igle u metrima.
2 Napravite malu ljuljačku. Ovaj eksperiment koristi ljuljačku ruku i malu iglu koja pluta na površini vode za određivanje površinske napetosti.Potrebno je pažljivo razmotriti konstrukciju ljuljačke jer o tome ovisi točnost rezultata. Možete koristiti različite materijale, glavna stvar je napraviti vodoravnu šipku od nečeg tvrdog: drveta, plastike ili debelog kartona.
- Odredite središte šipke (na primjer, ravnalo od slame ili plastike) koje ćete koristiti kao prečku i izbušite ili izbušite rupu na ovom mjestu; ovo će biti uporište prečke, pri kojoj će se slobodno okretati. Ako koristite plastičnu slamku, jednostavno je probušite iglom ili čavlom.
- Izbušite ili probušite rupe na krajevima poprečne grede tako da budu jednako udaljene od središta. Provucite niti kroz rupe kako biste objesili čašu s utezima i iglu.
- Ako je potrebno, poduprite gredu knjigama ili drugim dovoljno tvrdim predmetima da greda ostane vodoravna. Potrebno je da se prečka slobodno okreće oko čavla ili šipke zabodene u njezinu sredinu.
3 Uzmite komad aluminijske folije i zarolajte ga u kutiju ili tanjurić. Uopće nije potrebno da ovaj tanjurić ima pravilan kvadratni ili okrugli oblik. Napunit ćete ga vodom ili nekom drugom težinom pa se pobrinite da može podnijeti težinu.
- Objesite kutiju ili tanjurić od limene folije s jednog kraja šipke. Napravite male rupice uz rubove tanjurića i provucite ih tako da tanjurić visi s šipke.
4 Objesite iglu ili spajalicu sa drugog kraja šipke tako da bude vodoravna. Vežite iglu ili spajalicu vodoravno za konac koji visi s drugog kraja šipke. Da bi eksperiment bio uspješan, potrebno je iglu ili spajalicu postaviti točno vodoravno.
5 Stavite nešto na šipku, poput plastelina, kako biste uravnotežili spremnik od aluminijske folije. Prije početka eksperimenta potrebno je osigurati da se prečka nalazi vodoravno. Tanjurić s folijom teži je od igle pa će se šipka sa strane tanjura spustiti. Pričvrstite dovoljno plastelina na suprotnu stranu šipke tako da bude vodoravna.
- To se zove balansiranje.
6 Viseću iglu ili spajalicu stavite u posudu s vodom. Ovaj korak zahtijeva dodatne napore za postavljanje igle na površinu vode. Pazite da igla ne potone u vodu. Napunite posudu vodom (ili drugom tekućinom nepoznate površinske napetosti) i stavite je ispod viseće igle tako da igla bude izravno na površini tekućine.
- Pazite da uže koje drži iglu ostane na svom mjestu i da je dovoljno čvrsto.
7 Odvažite nekoliko igala ili malu količinu izmjerene kapi vode na malom mjerilu. U aluminijski tanjurić na klackalici ćete dodati jednu iglu ili jednu kap vode. U tom slučaju potrebno je znati točnu težinu pri kojoj će igla sići s površine vode.
- Izbrojite broj igala ili kapljica vode i izvažite ih.
- Odredite težinu jedne igle ili kapi vode. Da biste to učinili, podijelite ukupnu težinu s brojem igala ili kapi.
- Pretpostavimo da 30 igala teži 15 grama, a zatim 15/30 = 0,5, odnosno jedna iglica teži 0,5 grama.
8 Dodavajte igle ili kapljice vode jednu po jednu u tanjurić od aluminijske folije sve dok igla ne skine s površine vode. Postepeno dodajte jednu iglu ili kap vode. Pažljivo promatrajte iglu kako ne biste propustili trenutak kada će, nakon sljedećeg povećanja težine, sići s vode. Nakon što igla siđe s površine tekućine, prestanite dodavati igle ili kapljice vode.
- Izbrojite broj igala ili kapljica vode zbog kojih je igla na suprotnom kraju šipke sišla s površine vode.
- Zapišite rezultat.
- Ponovite eksperiment nekoliko (5 ili 6) puta da biste dobili točnije rezultate.
- Izračunajte prosjek dobivenih rezultata. Da biste to učinili, dodajte broj pinova ili padova u svim pokusima i podijelite ukupni broj s brojem pokusa.
9 Pretvorite broj igala u snagu. Da biste to učinili, pomnožite broj grama s 0,00981 N / g. Za izračun površinske napetosti morate znati silu potrebnu za podizanje igle s površine vode. Budući da ste u prethodnom koraku brojali težinu igala da biste odredili silu, samo trebate pomnožiti tu težinu s 0,00981 N / g.
- Pomnožite broj igala u tanjuriću s težinom jedne iglice. Na primjer, ako ubacite 5 igala od kojih svaka teži 0,5 grama, njihova ukupna težina je 0,5 grama / igla = 5 x 0,5 = 2,5 grama.
- Pomnožite broj grama s faktorom od 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Uključite ove vrijednosti u jednadžbu i pronađite vrijednost koju tražite. Rezultati dobiveni tijekom pokusa mogu se koristiti za određivanje površinske napetosti. Samo uključite vrijednosti koje pronađete i izračunajte rezultat.
- Recimo u gornjem primjeru, duljina igle je 0,025 metara. Zamjenom vrijednosti u jednadžbu dobivamo: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Dakle, površinski napon tekućine je 0,05 N / m.

Metoda 2 od 3: Kapilarnim učinkom

1 Saznajte više o kapilarnom učinku. Da bismo razumjeli kapilarne pojave, prvo se moramo upoznati sa silama prianjanja i kohezije. Adhezija uzrokuje da se tekućina zalijepi za tvrdu površinu poput stakla. Zbog sile kohezije molekule tekućine se međusobno privlače .. Kombinirano djelovanje sila prianjanja i kohezije dovodi do podizanja tekućine u tankim cijevima.
- S visine uspona tekućine u cijevi može se izračunati površinska napetost te tekućine.
- Kohezivne sile dovode do stvaranja mjehurića i kapljica na površini. Kad tekućina dođe u dodir sa zrakom, molekule tekućine se međusobno privlače, što rezultira stvaranjem mjehurića.
- Adhezija dovodi do stvaranja meniskusa, što je uočljivo na mjestima dodira tekućine sa stijenkama stakla. Udubljeni oblik meniskusa vidljiv je golim okom.
- Primjer kapilarnog učinka je podizanje tekućine u slamčici koja se stavi u čašu vode.
2 Zapišite jednadžbu za određivanje površinske napetosti. Površinska napetost izračunava se na sljedeći način: S = (ρhga / 2), gdje S - površinska napetost, ρ - gustoća ispitivane tekućine, h - visina porasta tekućine u cijevi, g - ubrzanje gravitacije zbog gravitacije koja djeluje na tekućinu (9,8 m / s), a je polumjer kapilarne cijevi.
- Prilikom zamjene podataka u ovu jednadžbu, pobrinite se da su oni izraženi u metričkim jedinicama: gustoća u kg / m, visina i polumjer u metrima, ubrzanje uslijed gravitacije u m / s.
- Ako gustoća tekućine nije unaprijed navedena, može se pronaći u priručniku ili izračunati pomoću formule gustoća = masa / volumen.
- Površinska napetost mjeri se u newtonima po metru (N / m). Newton je jednak 1 kg * m / s. Za neovisno određivanje mjernih jedinica, jednostavno ih zamijenite u jednadžbu, bez brojčanih vrijednosti: S = kg / m * m * m / s * m. Ako smanjimo dva metra u brojniku i nazivniku, dobivamo 1 kg * m / s / m, odnosno 1 N / m.
3 Ulijte tekućinu nepoznate površinske napetosti u spremnik. Uzmite plitki tanjur ili zdjelu i ulijte tekućinu u nju tako da prekrije dno za 2 do 3 centimetra. Količina tekućine nije bitna, glavna stvar je da je jasno vidljivo koliko će porasti u kapilarnoj cijevi.
- Ako ćete eksperimentirati s različitim tekućinama, temeljito očistite i osušite ploču prije nego u nju ulijete drugu tekućinu ili svaki put upotrijebite drugu posudu.
4 Uronite čistu, tanku cijev u tekućinu. Od visine porasta tekućine u ovoj cijevi odredit ćete površinsku napetost.Cijevi neka budu čiste kako biste jasno vidjeli koliko će se tekućina visoko podignuti iznad svoje razine u posudi. Osim toga, cijev mora imati stalan radijus.
- Za mjerenje radijusa jednostavno postavite ravnalo na vrh cijevi i odredite promjer. Zatim podijelite promjer s 2 i pronaći ćete radijus.
5 Izmjerite visinu tekućine koja se podigla iznad svoje razine u ploči. Pomaknite rub ravnala na površinu tekućine u ladici i odredite koliko se visoko tekućina podigla u cijevi. Voda u cijevi raste jer podizna sila površinske napetosti premašuje vučnu silu gravitacije.
6 Uključite ove vrijednosti u jednadžbu i napravite izračune. Nakon što odredite sve potrebne vrijednosti, uključite ih u jednadžbu i pronađite površinsku napetost. Svakako pretvorite sve vrijednosti u mjerne jedinice kako biste dobili točan rezultat.
- Pretpostavimo da mjerimo površinski napon vode. Gustoća vode je oko 1 kg / m3 (u ovom primjeru koristimo približne vrijednosti). Ubrzanje uslijed gravitacije iznosi 9,8 m / s. Neka radijus cijevi bude 0,029 m, a voda se podigla na visinu od 0,5 m. Koliki je površinski napon vode?
- Zamijenite dobivene vrijednosti u jednadžbu i dobijte: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metoda 3 od 3: Kako odrediti relativnu površinsku napetost pomoću novčića

1 Prikupite sve što vam je potrebno. Za ovaj eksperiment trebat će vam kapaljka za oči, suhi novčić, voda, mala zdjelica, tekućina za pranje posuđa, biljno ulje i ručnik. Sve se to može pronaći kod kuće ili kupiti u lokalnoj trgovini. Možete i bez sapuna za posuđe i biljnog ulja, ali za usporedbu će vam trebati nekoliko različitih tekućina.
- Prije početka eksperimenta provjerite je li novčić čist i suh. Ako koristite mokri novčić, dobit ćete netočne rezultate.
- Ovaj eksperiment ne dopušta izračun površinske napetosti; može se koristiti samo za usporedbu površinske napetosti različitih tekućina.
2 Kapajte po jednu kap tekućine na površinu novčića. Stavite novčić na ručnik ili drugu površinu koja se može sigurno smočiti. Uzmite prvu tekućinu u pipetu, a zatim polako nanesite jednu kap na novčić. Pritom izbrojite kapi. Nastavite dok se tekućina ne prolije izvan novčića.
- Zabilježite koliko je kapi bilo potrebno da se tekućina prolije izvan novčića.
3 Ponovite ovaj postupak s različitim tekućinama. Očistite i osušite novčić svaki put kad promijenite tekućinu. Osušite i površinu na koju stavljate novčić. Upotrijebite različite pipete ili očistite pipetu prije novog pokusa.
- Pokušajte u vodu dodati malo sapuna za posuđe, a zatim kapnite vodu na novčić i provjerite mijenja li se površinska napetost.
4 Usporedite broj kapi potrebnih da različite tekućine napune novčić. Pokušajte ponoviti pokus s istom tekućinom nekoliko puta da vidite jesu li rezultati točni. Prosječni rezultati: Dodajte broj kapi u različitim pokusima i podijelite ukupni broj s brojem pokusa. Zapišite koliko je kapi bilo potrebno da različite tekućine napune novčić.
- Što je više kapi određene tekućine potrebno napuniti novčić, veća je površinska napetost te tekućine.
- Deterdžent za pranje posuđa snižava površinsku napetost vode; dodavanjem trebat će manje kapi da se napuni novčić.