gtemata.com

Cum se măsoară tensiunea superficială

Tensiunea de suprafață se referă la capacitatea unui lichid de a rezista gravitației. De exemplu, apa formează picături pe masă, deoarece moleculele care se află de-a lungul suprafeței sunt grupate împreună pentru a echilibra gravitatea. Această tensiune este ceea ce permite unui obiect cu o densitate mai mare (de exemplu, o insectă) să plutească pe suprafața apei. Tensiunea superficială este măsurată ca o forță (N) exercitată pe o lungime (m) sau ca o cantitate de energie măsurată pe o suprafață. Forțele pe care moleculele unui lichid le exercită unul pe altul, numite coeziune, declanșează fenomenul de tensiune superficială și sunt responsabile pentru forma picăturilor de lichid în sine. Puteți măsura tensiunea cu câteva articole de uz casnic și un calculator.

paşi

Metoda 1

cu un balans cu arme
Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață a pasului 1
1
Definiți ecuația care trebuie rezolvată pentru a găsi tensiunea superficială. În acest experiment se determină prin formula F = 2sd, unde F este forța exprimată în newton (N), s este tensiunea superficială în N / m e d este lungimea acului utilizat în experiment. Prin schimbarea aranjamentului factorilor pentru a găsi tensiunea, obținem asta s = F / 2d.
  • Forța este calculată la sfârșitul experimentului.
  • Măsurați lungimea acului în metri, utilizând o riglă înainte de a începe testul.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață a pasului 2
    2
    Construiți un echilibru egal-braț. Pentru acest experiment aveți nevoie de o structură de acest fel și de un ac care plutește pe suprafața apei. Scara trebuie construită cu atenție pentru a obține rezultate precise. Puteți folosi o mulțime de materiale diferite - asigurați-vă că bara orizontală este făcută din ceva robust, cum ar fi lemn, plastic sau o placă destul de densă.
  • Desenați o marcă în mijlocul materialului pe care îl utilizați pentru a realiza cele două brațe (riglă din plastic, paie) și exersați o gaură chiar deasupra ei. Gaura este punctul de sprijin al scării, elementul care permite brațelor să se rotească liber - dacă ați decis să utilizați o paie, puteți pur și simplu să-l străpungeți cu un bolț sau un cui.
  • Faceți două găuri, câte unul la fiecare extremitate a brațelor, asigurându-vă că acestea sunt echidistant de la centru - treceți un șnur în fiecare orificiu pentru a susține cântarele.
  • Susțineți unghiul central (ortografic) orizontal folosind cărți sau o bucată de material rigid care nu cedează. Scala trebuie să se rotească liber în jurul axului.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață Pasul 3
    3
    Ori o bucată de aluminiu pentru a face o placă sau o cutie. Nu trebuie să fie perfect rotundă sau pătrată - trebuie umplută cu apă sau cu un alt balast, deci verificați dacă este suficient de robust.
  • Așezați placa sau cutia de aluminiu de pe scară - faceți mici găuri pe ea în cazul în care ați pus șirul agățat de la sfârșitul unui braț.
  • Imaginea intitulată Masurați tensiunea de suprafață Pasul 4
    4
    Fixați acul sau clema de hârtie orizontal pe celălalt capăt. Așezați acest element din șirul de pe capătul opus al scalei, având grijă să preia o poziție orizontală, deoarece este un detaliu important pentru succesul experimentului.
  • Imaginea intitulată Măsură de măsurare a tensiunii suprafeței 5
    5
    Puneți pe scară o plastilină sau alt material similar pentru a echilibra greutatea recipientului de aluminiu. Înainte de a începe experimentul, trebuie să vă asigurați că brațele sunt perfect orizontale - plăcuța este evident mai greu decât acul și apoi scala este coborâtă spre partea sa. Adăugați o doză suficientă de plastilină la capătul celuilalt braț pentru a echilibra instrumentul.
  • Plastilina acționează ca contragreutate.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață Pasul 6
    6
    Puneți acul sau clema de hârtie care se încurcă într-un recipient de apă. În această fază, trebuie să fiți foarte atenți pentru a vă asigura că acul rămâne pe suprafața lichidului - trebuie să evitați să îl scufundați. Umpleți un recipient cu apă (sau un alt lichid a cărui tensiune de suprafață nu-l cunoașteți) și puneți-l sub acul la o înălțime care îi permite să se odihnească pe suprafață.
  • Asigurați-vă că firul care ține acul rămâne întins atunci când acesta din urmă este în lichid.
  • Imaginea intitulată Măsură de măsurare a tensiunii de suprafață
    7
    Cântărește câțiva pini sau câteva picături de apă cu o scală poștală. Trebuie să le adăugați unul câte unul pe placa de aluminiu pe care ați construit-o înainte - pentru a efectua calculele, este important să știți exact greutatea necesară pentru scoaterea acului din apă.
  • Numărați numărul de știfturi sau picături de apă și le cântăriți.
  • Găsiți greutatea fiecărui element împărțind valoarea totală la numărul de picături sau pini.
  • Să presupunem că 30 de pene cântăresc 15 g, rezultă că 15/30 = 0,5- fiecare cântărește 0,5 g.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea la suprafață 8
    8
    Adăugați-le una câte una în tava de aluminiu până când acul se ridică de pe suprafața apei. Continuați încet adăugând câte un element la un moment dat - observați cu atenție acul de pe celălalt braț pentru a identifica momentul exact în care acesta pierde contactul cu apa.
  • Numărați numărul de elemente necesare ridicării acului.
  • Notați valoarea.
  • Repetați experimentul de mai multe ori (5-6) pentru a obține date exacte.
  • Calculați valoarea medie a rezultatelor prin însumarea acestora și împărțind numărul obținut pentru cel al experimentelor.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață Pasul 9
    9
    Se înmulțește greutatea pinilor (în grame) prin înmulțirea cu 0,0981 N / g. Pentru a calcula tensiunea superficială, trebuie să cunoașteți cantitatea de forță necesară ridicării acului din lichid. Deoarece ați cântărit știfturile din pasul anterior, puteți găsi cu ușurință această dimensiune utilizând factorul de conversie de 0,00981 N / g.
  • Înmulțiți numărul de pini pe care l-ați adăugat în plăcuță pentru greutatea fiecăruia - de exemplu, 5 elemente de câte 0,5 g fiecare = 5 x 0,5 = 2,5 g.
  • Înmulțiți grame totale cu factorul de conversie 0.0981 N / g: 2.5 x 0.00981 = 0.025 N.
  • Imaginea intitulată Măsurați treapta de tensionare a suprafeței 10
    10
    Introduceți variabilele în ecuație și rezolvați-le. Folosind datele colectate în timpul experimentului, găsiți soluția - înlocuiți variabilele cu numerele corespunzătoare și efectuați calculele în funcție de ordinea operațiilor.
  • Luând în considerare întotdeauna exemplul anterior, presupunem că acul este lung de 0,025 m - ecuația devine: s = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Tensiunea superficială a lichidului este de 0,05 N / m.

    • Metoda 2

    de către Capillaritate
    Imaginea intitulată Măsurați treapta de întindere a suprafeței 11


    1
    Înțelegeți fenomenul de capilaritate. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți mai întâi forțele coezive și aderența. Adeziunea este forța care permite unui lichid să adere la o suprafață solidă, cum ar fi marginile unui geam - forțele de coeziune sunt cele care atrag diferitele molecule unul față de celălalt. Combinația acestor două tipuri de forțe determină ridicarea unui lichid către centrul unui tub subțire.
    • Greutatea lichidului în creștere poate fi utilizată pentru a calcula tensiunea superficială.
    • Coeziunea permite ca apa să facă bule sau să se adune în picături pe o suprafață. Când un lichid intră în contact cu aerul, moleculele suferă forțele de atracție unul față de celălalt și permit dezvoltarea bulelor.
    • Adeziunea provoacă dezvoltarea meniscului, care se observă în lichide atunci când acestea aderă la marginile sticlei - aceasta este forma concavă pe care o puteți vedea prin alinierea ochiului la suprafața fluidului.
    • Puteți vedea un exemplu de capilaritate observând apa care se întoarce într-o paie lipită într-un pahar de apă.
  • Imaginea intitulată Măsură de măsurare a tensiunii de suprafață 12
    2
    Definiți ecuația care trebuie rezolvată pentru a găsi tensiunea superficială. Acest lucru corespunde S = (ρhga / 2), unde S este tensiunea superficială, ρ este densitatea fluidului pe care îl gândiți, h este înălțimea atinsă de lichidul din interiorul tubului, g este accelerația gravitației care acționează asupra fluidului (9,8 m / s2) e la este raza tubului capilar.
  • Când utilizați această ecuație, asigurați-vă că toate numerele sunt exprimate înunitate de măsură corecte: densitatea în kg / m3, înălțimea și raza în metri, greutatea în m / s2.
  • Dacă problema nu furnizează informații despre densitate, o puteți găsi în tabelul manualului sau figura-l utilizând formula: densitatea = masa / volumul.
  • Unitatea de măsură a tensiunii de suprafață este noulton pe metru (N / m) - un newton corespunde cu 1 kgm / s2. Pentru a confirma această afirmație, puteți efectua o analiză dimensională. S = kg / m3 * m * m / s2 * m- două "m" ele sunt eliminate, lăsând doar 1 kgm / s2/ m ie 1 N / m.
  • Imaginea intitulată Măsurați treapta de tensiune a suprafeței 13
    3
    Umpleți recipientul cu lichidul pe care nu îl cunoașteți. Luați o farfurie mică sau castron și turnați aproximativ 2,5 cm din lichidul în cauză - doza nu este importantă, atâta timp cât puteți vedea în mod clar substanța care se întoarce în tubul capilar.
  • Dacă repetați testul cu diferite lichide, nu uitați să spălați bine recipientul între un experiment și altul - în mod alternativ, folosiți diferite feluri de mâncare.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață 14
    4
    Puneți un tub subțire transparent în lichid. Este vorba despre "capilar" că trebuie să luați măsurătorile de care aveți nevoie și să calculați în consecință tensiunea superficială. Trebuie să fie transparent pentru a vă permite să vedeți nivelul lichidului. De asemenea, ar trebui să aibă grindă constantă pe toată lungimea sa.
  • Pentru a găsi raza, plasați pur și simplu o riglă pe partea superioară a tubului pentru a măsura diametrul și pentru a reduce înjumătățit valoarea pentru a cunoaște raza.
  • Imaginea intitulată Măsurați treapta de tensiune a suprafeței 15
    5
    Măsurați înălțimea atinsă de lichid în tub. Plasați baza riglei pe suprafața lichidului din vas și respectați înălțimea nivelului lichidului din tub - substanța se ridică în sus datorită tensiunii superficiale care este mai intensă decât forța gravitației.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață 16
    6
    Introduceți datele găsite în ecuație și rezolvați-o. Odată ce aveți toate informațiile de care aveți nevoie, puteți să o înlocuiți cu variabilele de formulare și să efectuați calculele - nu uitați să folosiți unitățile corecte pentru a evita greșelile.
  • Să presupunem că doriți să măsurați tensiunea superficială a apei. Acest lichid are o densitate de aproximativ 1 kg / m3 (pentru acest exemplu folosim valori aproximative). Variabila g este întotdeauna egală cu 9,8 m / s2- raza tubului este de 0,029 m și apa se ridică în acesta pentru 0,5 m.
  • Înlocuiți variabilele cu informațiile numerice corespunzătoare: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m2.

    • Metoda 3

    cu o Monetina
    Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață 17
    1
    Reuniți materialele. Pentru acest experiment aveți nevoie de un picurător, un ban uscat, apă, un bol mic, lichid de spălat vase, ulei și o cârpă. Majoritatea acestor articole sunt disponibile acasă sau le puteți cumpăra la supermarket - nu este esențial să folosiți săpun și ulei, dar trebuie să aveți două lichide diferite pentru a compara tensiunile de suprafață respective.
    • Asigurați-vă că moneda (bine că cinci centi euro) este perfect uscată și curată înainte de a începe - dacă a fost umed, experimentul nu ar fi corect.
    • Această procedură nu permite calcularea tensiunii de suprafață, ci compararea diferitelor lichide între ele.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață 18
    2
    Puneți câte un lichid pe fiecare monedă. Puneți ultima pe cârpă sau pe o suprafață pe care o puteți umezi - umpleți picurătorul cu primul fluid și lăsați-l să coboare încet, având grija că este o picătură la un moment dat. Numărătoarea numărului de picături care se utilizează pentru a umple întreaga suprafață a monedei, până când lichidul începe să curgă de pe margini.
  • Notați numărul pe care l-ați găsit.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață Pasul 19
    3
    Repetați experimentul cu un lichid diferit. Curățați și uscați moneda dintre un experiment și altul - rețineți, de asemenea, să uscați suprafața pe care ați pus-o. Spălați picurătorul după fiecare utilizare sau folosiți altele (câte unul pentru fiecare tip de lichid).
  • Încercați să amestecați puțin lichid de spălat vase cu apă și aruncați picăturile pentru a vedea dacă se schimbă ceva în ceea ce privește tensiunea superficială.
  • Imaginea intitulată Măsurați tensiunea de suprafață 20
    4
    Comparați numărul de picături din fiecare lichid necesar pentru a umple suprafața monedei. Încercați să repetați testul de mai multe ori cu același lichid pentru a obține date exacte. Găsiți valoarea medie pentru fiecare lichid prin însumarea numărului de picături scoase și împărțirea acestei sume după numărul de experimente efectuate - scrieți care este substanța care corespunde celui mai mare număr de picături și care este suficientă doar o cantitate minimă.
  • Substanțele cu o tensiune superficială de suprafață corespund unui număr mai mare de picături, în timp ce cele cu o tensiune mai mică necesită mai puțin lichid.
  • Săpunul de mâncare reduce tensiunea superficială a apei, permițându-vă să umpleți fața monedei cu mai puțin lichid.

    • Lucruri de care ai nevoie

    • Pâine de băut, riglă din plastic sau alt baston rigid
    • șir
    • Hârtie din aluminiu
    • Plastilina sau alt material similar
    • Acul cu acul sau cu unghii lungi folosit ca un punct de sprijin
    • Staple sau acul să se scufunde în apă
    • Cărți și alte materiale cu o greutate egală pentru a sprijini scala balanței
    • calculator
    • Container mic
    • apă
    • Dropper, pipetă sau știfturi
    • Scară poștală sau altă scară mică
    • Amestec mic
    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit