Как да се измери повърхностното напрежение

Видео: Как Снять? Отремонтировать? Установить приборную панель Porsche Cayenne [Порше Кайен]

Съдържание

Стъпки
Метод 1 от 3: Използване на люлка
Метод 2 от 3: Чрез капилярен ефект
Метод 3 от 3: Как да се определи относителното повърхностно напрежение с помощта на монета
Какво ти е необходимо

Повърхностното напрежение описва способността на течността да устои на гравитацията. Например водата на плота образува капчици, тъй като водните молекули се привличат една към друга, което противодейства на гравитацията. Поради повърхностното напрежение по -тежки предмети, като насекоми, могат да се държат на повърхността на водата. Повърхностното напрежение се измерва в сила (N), разделена на единица дължина (m), или енергия на единица площ. Силата, с която водните молекули взаимодействат (кохезионна сила) създава напрежение, което води до капчици вода (или други течности). Повърхностното напрежение може да бъде измерено с няколко прости елемента, намиращи се в почти всеки дом, и с калкулатор.

Стъпки

Метод 1 от 3: Използване на люлка

1 Запишете уравнението за повърхностно напрежение. В този експеримент уравнението за определяне на повърхностното напрежение е следното: F = 2Sd, където F - сила в нютони (N), С - повърхностно напрежение в нютони на метър (N / m), д е дължината на иглата, използвана в експеримента. Нека изразим повърхностното напрежение от това уравнение: S = F / 2d.
- Силата ще бъде изчислена в края на експеримента.
- Преди да започнете експеримента, използвайте линийка, за да измерите дължината на иглата в метри.
2 Изградете малка люлка. Този експеримент използва люлееща се ръка и малка игла, която плува върху повърхността на водата, за да се определи повърхностното напрежение.Необходимо е внимателно да се обмисли конструкцията на люлеещото се рамо, тъй като точността на резултата зависи от това. Можете да използвате различни материали, основното е да направите хоризонтална лента от нещо твърдо: дърво, пластмаса или дебел картон.
- Определете центъра на пръта (например сламена или пластмасова линийка), който ще използвате като напречна греда, и пробийте или пробийте дупка на това място; това ще бъде опорната точка на напречната греда, при която тя ще се върти свободно. Ако използвате пластмасова сламка, просто я пробийте с щифт или пирон.
- Пробийте или пробийте дупки в краищата на напречната греда, така че да са на еднакво разстояние от центъра. Прекарайте нишките през отворите, за да окачите тежестта и иглата.
- Ако е необходимо, подкрепете гредата с книги или други достатъчно твърди предмети, за да поддържате гредата хоризонтална. Необходимо е напречната греда да се върти свободно около пирон или пръчка, забита в средата му.
3 Вземете парче алуминиево фолио и го навийте на кутия или чинийка. Изобщо не е необходимо тази чинийка да има правилна квадратна или кръгла форма. Ще го напълните с вода или някакво друго тегло, затова се уверете, че може да издържи теглото.
- Закачете кутия или чинийка от фолио от единия край на бара. Направете малки дупки по краищата на чинийката и ги прокарайте, така че чинийката да виси от бара.
4 Закачете игла или кламер от другия край на лентата, така че да е хоризонтална. Завържете игла или кламер хоризонтално към конеца, който виси от другия край на шината. За да бъде експериментът успешен, е необходимо иглата или кламерът да се поставят точно хоризонтално.
5 Поставете нещо върху лентата, например пластилин, за да балансирате контейнера с алуминиево фолио. Преди да започнете експеримента, е необходимо да се уверите, че напречната греда е разположена хоризонтално. Чинийката от фолио е по -тежка от иглата, така че лентата отстрани на чинийката ще падне надолу. Прикрепете достатъчно пластилин към противоположната страна на шината, така че да е хоризонтална.
- Това се нарича балансиране.
6 Поставете висящата игла или кламер в съд с вода. Тази стъпка ще изисква допълнителни усилия за позициониране на иглата върху повърхността на водата. Уверете се, че иглата не потъва във водата. Напълнете съд с вода (или друга течност с неизвестно повърхностно напрежение) и го поставете под висящата игла, така че иглата да е директно върху повърхността на течността.
- Уверете се, че въжето, което държи иглата, остава на място и е достатъчно стегнато.
7 Претеглете няколко щифта или малко количество измерена капка вода в малък мащаб. Ще добавите един щифт или една капка вода към алуминиевата чинийка на люлеещия се механизъм. В този случай е необходимо да се знае точното тегло, с което иглата ще слезе от повърхността на водата.
- Пребройте броя на щифтовете или водните капчици и ги претеглете.
- Определете теглото на един щифт или капка вода. За да направите това, разделете общото тегло на броя щифтове или капки.
- Да предположим, че 30 пина тежат 15 грама, след това 15/30 = 0,5, тоест един щифт тежи 0,5 грама.
8 Добавяйте щифтове или капки вода един по един в чинийка от алуминиево фолио, докато иглата излезе от повърхността на водата. Постепенно добавете един щифт или капка вода. Гледайте внимателно иглата, за да не пропуснете момента, в който след следващото увеличаване на теглото тя ще слезе от водата. След като иглата слезе от повърхността на течността, спрете да добавяте щифтове или капки вода.
- Пребройте броя на щифтовете или капчиците вода, които са причинили иглата в противоположния край на пръта да слезе от повърхността на водата.
- Запишете резултата.
- Повторете експеримента няколко (5 или 6) пъти, за да получите по -точни резултати.
- Изчислете средната стойност на получените резултати. За да направите това, добавете броя пинове или капки във всички експерименти и разделете общия брой на броя експерименти.
9 Преобразувайте броя на щифтовете в сила. За да направите това, умножете броя на грамовете по 0.00981 N / g. За да изчислите повърхностното напрежение, трябва да знаете силата, необходима за повдигане на иглата от повърхността на водата. Тъй като сте преброили теглото на щифтовете в предишната стъпка, за да определите силата, просто трябва да умножите това тегло с 0,00981 N / g.
- Умножете броя на щифтовете в чинийката с теглото на един щифт. Например, ако поставите 5 пина всеки с тегло 0,5 грама, общото им тегло е 0,5 грама / щифт = 5 х 0,5 = 2,5 грама.
- Умножете броя на грамовете с коефициент 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Включете тези стойности в уравнението и намерете стойността, която търсите. Получените по време на експеримента резултати могат да се използват за определяне на повърхностното напрежение. Просто включете стойностите, които намерите, и изчислете резултата.
- Да кажем в горния пример, дължината на иглата е 0,025 метра. Замествайки стойностите в уравнението и получаваме: S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m. По този начин повърхностното напрежение на течността е 0,05 N / m.

Метод 2 от 3: Чрез капилярен ефект

1 Научете за капилярния ефект. За да разберем капилярните явления, първо трябва да се запознаем със силите на сцепление и сближаване. Адхезията води до залепване на течността върху твърда повърхност като стъкло. Поради силата на сцепление молекулите на течността се привличат една към друга.Комбинираното действие на силите на сцепление и сцепление кара течността да се издига в тънки тръби.
- От височината на издигането на течността в тръбата може да се изчисли повърхностното напрежение на тази течност.
- Кохезионните сили водят до образуване на мехурчета и капчици по повърхността. Когато течността влиза в контакт с въздуха, молекулите на течността се привличат една към друга, което води до образуването на балон.
- Адхезията води до образуване на менискус, който се забелязва в точките на контакт на течността със стените на стъклото. Вдлъбнатата форма на менискуса се вижда с просто око.
- Пример за капилярен ефект е вдигането на течност в сламка, която се поставя в чаша вода.
2 Запишете уравнението за определяне на повърхностното напрежение. Повърхностното напрежение се изчислява, както следва: S = (ρhga / 2), където С - повърхностно напрежение, ρ - плътност на изследваната течност, з - височината на покачването на течността в тръбата, g - ускорение на тежестта, дължащо се на тежестта, действаща върху течността (9,8 m / s), а е радиусът на капилярната тръба.
- Когато замествате данни в това уравнение, уверете се, че те са изразени в метрични единици: плътност в kg / m, височина и радиус в метри, ускорение поради гравитацията в m / s.
- Ако плътността на течността не е посочена предварително, тя може да бъде намерена в ръководството или изчислена по формулата плътност = маса / обем.
- Повърхностното напрежение се измерва в нютони на метър (N / m). Нютон е равен на 1 kg * m / s. За да определите независимо мерните единици, просто ги заменете в уравнението, без числови стойности: S = kg / m * m * m / s * m. Ако намалим два метра в числителя и знаменателя, получаваме 1 kg * m / s / m, тоест 1 N / m.
3 Изсипете течност с неизвестно повърхностно напрежение в контейнера. Вземете плитка чиния или купа и изсипете течността в нея, така че да покрива дъното с 2 до 3 сантиметра. Количеството течност няма значение, основното е, че е ясно видимо колко ще се издигне в капилярната тръба.
- Ако ще експериментирате с различни течности, почистете добре и подсушете чинията, преди да излеете различна течност в нея, или използвайте различен съд всеки път.
4 Потопете чиста, тънка тръба в течността. От височината на покачването на течността в тази тръба ще определите повърхностното напрежение.Дръжте тръбите чисти, за да можете ясно да видите колко високо течността ще се издигне над нивото си в съда. Освен това тръбата трябва да има постоянен радиус.
- За да измерите радиуса, просто поставете линийка в горната част на тръбата и определете диаметъра. След това разделете диаметъра на 2 и ще намерите радиуса.
5 Измерете височината на течността, издигната над нивото й в плочата. Преместете ръба на линийката към повърхността на течността в тавата и определете колко високо се е издигнала течността в тръбата. Водата в тръбата се издига, защото повдигащата сила на повърхностното напрежение надвишава притеглящата сила на гравитацията.
6 Включете тези стойности в уравнението и направете изчисленията. След като сте определили всички необходими стойности, включете ги в уравнението и намерете повърхностното напрежение. Не забравяйте да конвертирате всички стойности в метрични единици, за да получите правилния резултат.
- Да предположим, че измерваме повърхностното напрежение на водата. Плътността на водата е около 1 кг / м3 (в този пример използваме приблизителни стойности). Ускорението, дължащо се на гравитацията, е 9.8 m / s. Нека радиусът на тръбата е 0,029 м, а водата се е издигнала на височина 0,5 м. Какво е повърхностното напрежение на водата?
- Заменете получените стойности в уравнението и получете: S = (ρhga / 2) = (1 x 9.8 x 0.029 x 0.5) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 J / m.

Метод 3 от 3: Как да се определи относителното повърхностно напрежение с помощта на монета

1 Съберете всичко необходимо. За този експеримент ще ви трябва очна капка, суха монета, вода, малка купа, течност за миене на съдове, растително масло и кърпа. Всички те могат да бъдат намерени у дома или закупени в местния магазин. Можете да направите без сапун за съдове и растително масло, но ще ви трябват няколко различни течности за сравнение.
- Уверете се, че монетата е чиста и суха, преди да започнете експеримента. Ако използвате мокра монета, ще получите неточни резултати.
- Този експеримент не позволява изчисляване на повърхностното напрежение; може да се използва само за сравняване на повърхностното напрежение на различни течности.
2 Капнете една капка течност наведнъж върху повърхността на монетата. Поставете монетата върху кърпа или друга повърхност, която е безопасна за намокряне. Вземете първата течност в пипетата и след това бавно нанесете една капка върху монетата. Когато правите това, бройте капките. Продължете, докато течността се разлее извън монетата.
- Запишете колко капки са били необходими, за да се разлее течността извън монетата.
3 Повторете тази процедура с различни течности. Почиствайте и подсушавайте монетата всеки път, когато сменяте течността. Изсушете и повърхността, върху която поставяте монетата. Използвайте различни пипети или почистете пипетата преди нов експеримент.
- Опитайте да добавите малко сапун за чинии към водата, след това капете вода върху монета и вижте дали повърхностното напрежение се променя.
4 Сравнете броя на капките, необходими за различните течности, за да напълнят монета. Опитайте да повторите експеримента със същата течност няколко пъти, за да видите дали резултатите са точни. Усреднете резултатите: Добавете броя капки в различни експерименти и разделете общия брой на броя експерименти. Запишете колко капки са били необходими на различните течности, за да напълнят монетата.
- Колкото повече капки от дадена течност са необходими за запълване на монета, толкова по -високо е повърхностното напрежение на тази течност.
- Препаратът за миене на съдове намалява повърхностното напрежение на водата; добавянето му ще отнеме по -малко капки, за да напълни монетата.