Порядок выполнения работы. Литература.




 

1. Открыть кран, накачать в баллон воздух так, чтобы разность уровней жидкостей в манометре составляла 10–15 см. Увеличение давления в сосуде сопровождается повышением температуры.

2. Закрыть кран и выждать время, пока температура внутри сосуда не станет равна температуре окружающей среды (уровни в трубке манометра окончательно установятся).

3. Отсчитать по шкале уровни левой и правой трубки манометра (отсчет ведется по нижнему краю мениска). Определить разность уровней h1 .

4. Быстро открыть кран, соединяя воздух в сосуде с атмосферой. Затем после выравнивания правого и левого уровней в трубке манометра кран закрыть.

5. Подождав пока температура воздуха в сосуде не станет постоянной (разность уровней перестанет изменяться), отсчитать положение жидкости в трубках манометра. Определить разность уровней h2 .

6. Опыт проделать 5 раз.

7. По расчетной формуле (16) вычислить экспериментальные значения g для каждого опыта.

8. Определить среднее значение gср.

9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

 

п/п уровни до расширения h1 уровни после расширения h2 g Dg
левый правый левый правый
1.                
2.                
3.                
4.                
5.                
cр.знач.                

 

10. Определить

– абсолютные погрешности прямых измерений и их среднее значение ,

– относительную погрешность: .

11. Составить отчет по указанию преподавателя (для прямых измерений).


Контрольные вопросы.

 

1. Назовите основные характеристики состояния термодинамической системы.

2. Сформулируйте первое начало термодинамики и запишите его для изопроцессов.

3. Какой процесс называется адиабатическим? Записать уравнение этого процесса.

4. В какой момент происходит адиабатический процесс в данной работе?

5. Какова температура в баллоне в момент адиабатического расширения по сравнению с окружающей средой, и объяснить почему?

6. Что называется удельной и молярной теплоемкостями? Связь между ними.

7. Уравнение Майера.

8. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

9. Что называется числом степеней свободы?

10. Вывести расчетную формулу.

 

 

Литература.

 

1. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высш.шк., 2001. – §§ 50-55.

2. Грабовский Р.И. Курс физики. – СПб.: Лань, 2002. – с.140-147.

3. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики: у 3-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Вища шк., 2002. – §§ 99-103.


Лабораторная работа № 2.4.

 

Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости объЕмно-капельным методом.

 

Цель: изучить основные свойства жидкости, познакомиться с явлением поверх-

ностного натяжения, научиться определять коэффициент поверхностного

натяжения жидкости, используя объемно-капельный метод.

Приборы и материалы: два сосуда (с исследуемой и с эталонной жидкостями),

бюретка с делениями, резиновая груша.

 

Теоретическое введение.

 

Между молекулами вещества действуют силы взаимодействия (F): притяжения (Fп) и отталкивания (Fотт), которые проявляются на расстояниях r ≤ 10-9 м.

На рис. 1,а приведены зависимости сил Fп, Fотт (пунктиром) и равнодействующей силы F (сплошная линия) от расстояния между центрами молекул.

При r=r0 (r0~2rм, rм≈10-8 м – радиус молекулы) равнодействующая сила F=0 (Fп=Fотт), что соответствует состоянию, когда жидкость занимает свободный объем. В этом случае молекулы колеблются относительно положения равновесия (точка r0).

При r<r0 преобладают силы отталкивания (F>0), при r>r0 – силы притяжения (F<0). На расстояниях r ~ 10-9 межмолекулярное взаимодействие практически отсутствует (F→0). Это расстояние r называется радиусом молекулярного действия, а сфера радиуса r – сфера молекулярного действия. Радиус молекулярного действия имеет величину порядка нескольких эффективных диаметров молекулы.

На рис. 1,б изображена зависимость потенциальной энергии взаимодействия от расстояния r между молекулами. Если r→∞, то U→0. При сближении молекул проявляются силы притяжения, энергия

рис.1 взаимодействия убывает, достигая при r=r0 минимального значения. При дальнейшем сближении преобладают силы отталкивания, энергия взаимодействия возрастает.

Молекулы жидкости располагаются настолько близко друг к другу, что силы притяжения между ними имеют значительную величину. Поскольку взаимодействие быстро убывает с расстоянием, начиная с некоторого расстояния силами притяжения между молекулами можно пренебречь. Каждая молекула испытывает притяжение со стороны соседних молекул, находящихся в пределах сферы молекулярного действия, центр которой совпадает с данной молекулой. Равнодействующая всех этих сил для молекулы, находящейся от поверхности на расстоянии, превышающем r (молекула В, рис. 2), очевидно, в среднем равна нулю = 0.

В случае если молекула находится на расстоянии от поверхности, меньше чем r, то равнодействующая сила не равна нулю. Так как плотность пара (или газа, с которым граничит жидкость) во много раз меньше плотности жидкости, то выступающая за пределы жидкости часть сферы молекулярного действия будет менее заполнена молекулами, чем остальная часть сферы. В результате на каждую молекулу, находящуюся в поверхностном слое толщиной r, будет действовать сила, направленная внутрь жидкости (молекулы А, С). Величина этой силы растет в направлении от внутренней к наружной границе слоя: .

рис. 2

Переход молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой связан с необходимостью совершения работы против действующих в поверхностном слое сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса ее кинетической энергии и идет на увеличение ее потенциальной энергии. При обратном переходе молекулы в глубь жидкости потенциальная энергия, которой обладала молекула в поверхностном слое, переходит в кинетическую энергию молекулы.

Устойчивое равновесие жидкости связано с минимумом потенциальной энергии, то есть с минимально возможной в данном состоянии величиной поверхности жидкости (капли жидкости имеют сферическую форму). Это явление называется поверхностным натяжением.

Силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости и действуют нормально к любой линии, проведенной на этой поверхности.

Количественная характеристика силы поверхностного натяжения жидкости – коэффициент поверхностного натяжения α, который численно равен силе F, действующей по касательной к поверхности на единицу длины произвольной контура на поверхности жидкости:

(1)

При изотермическом увеличении площади поверхности жидкости совершенная работа равна свободной поверхностной энергии. Величина, численно равная работе изотермического увеличения площади поверхности жидкости на единицу, называется коэффициентом поверхностного натяжения:

a = (2)

В СИ единицы измерения: или .

Величина коэффициента поверхностного натяжения зависит от природы жидкости и от условий, в которых она находится, в частности от температуры. С повышением температуры коэффициент поверхностного натяжения уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. При критической температуре значение коэффициента поверхностного натяжения равно нулю.

На величину поверхностного натяжения также оказывают сильное влияние примеси. Растворенные в жидкости вещества (поверхностно-активные вещества (ПАВ) – органические вещества, различного химического строения) способны как понижать, так и несколько повышать поверхностное натяжение (например: коэффициент поверхностного натяжения воды при 293 К равен 0,075 Н/м, растворение в воде мыла его значение до 0,045 Н/м, а растворение в воде NaCl, напротив, приводит к увеличению α).

ПАВ (моющие средства, пенообразователи, эмульгаторы и др.) применяются в промышленности (обработка и крашение тканей, металлообработка, производство полимеров и др.), в сельском хозяйстве (приготовление эмульсий и суспензий химических средств защиты растений и др.) и т.д.

 

Существуют несколько методов определения коэффициента поверхностного натяжения. В данной работе используется объемно-капельный метод.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-02 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: