1. Изучите устройство динамометра ДПН. Научитесь подвешивать на зацеп измерительной пружины проволочную петлю. Научитесь устанавливать стрелку динамометра параллельно шкале против нулевой отметки. Для этого наденьте пинцетом на зацеп 4 петлю 5. Придерживая пальцем кнопку 1, отвинтите стопорный винт 2. Кнопкой 1 установите стрелку прибора параллельно шкале на её нулевое деление и заверните стопорный винт 2.
2. Установите чашку с жидкостью на подставку. Наденьте на зацеп петлю шириной 30 мм, установите стрелку на нулевое деление и винтом подставки поднимите чашку до такого уровня, при котором петля полностью погрузится в жидкость.
3. Медленно опускайте чашку с водой до тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости, тянущаяся за петлёй. Заметьте по шкале динамометра, при каком значении силы происходит разрыв плёнки.
4. Вычислите поверхностное натяжение.
5. Повторите измерения ещё два раза. Вычислите среднее значение поверхностного натяжения.
6. Проведите аналогичные эксперименты с петлёй шириной 70 мм.
7. Проведите исследования для воды с растворённым в ней стиральным порошком для петель шириной 30 и 70 мм.
8. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
| № опыта | l, м | F, H | σ, H/м | σср, Н/м2 |
9. Сравните полученные результаты с табличными значениями коэффициента поверхностного натяжения для дистиллированной воды. Сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Что такое поверхностное натяжение жидкости, в чём оно проявляется?
2. Почему одни тела смачиваются водой, а другие не смачиваются?
3. Как зависит поверхностное натяжение от температуры?
4. Почему опыты проводились не с прямолинейным отрезком проволоки, а с петлёй, имеющей П-образную форму?
Лабораторная работа №6-IV
Закон Дюлонга–Пти
Идея работы принадлежит Митюгову А. В. (лицей №40).
Цель работы: проверить экспериментально зависимость удельной теплоемкости твердого тела от молярной массы. Определить значения постоянных R и k. Найти молярную массу и массу атома меди.
Оборудование: весы, набор гирь, калориметр, термометр, набор образцов из различных материалов, горячая и холодная вода, мензурка.
Содержание и метод выполнения работы
Согласно первому закону термодинамики,
∆ U = Q – A,
где ∆ U – изменение внутренней энергии, Q – количество переданной теплоты, A – работа, совершаемая телом (например, при расширении).
Применим эту запись к твердому телу. Считая его объем неизменным, получаем A = 0. Для кинетической энергии одного атома в случае с газом (идеальным, одноатомным) мы считали (из МКТ) 
, где k – постоянная Больцмана. В твердом теле присутствует еще энергия упругого взаимодействия частиц, равная, в среднем, их кинетической энергии (как у пружинного маятника). Для нахождения полной энергии частицы надо сложить оба этих равных слагаемых. Получим 
.
Стало быть, при повышении температуры тела из N одноатомных молекул на ∆ T, его внутренняя энергия возрастает на
∆ U = 3k∆ TN.
Итак, имеем:
3 k ∆ TN = Q,
или
3 k ∆ TN = mc ∆ T,
где с – удельная теплоемкость вещества. Тогда
с = 3 kN / m = 3 R / M,
где R = NAk – универсальная газовая постоянная, M = m / ν = mNA / N – молярная масса.
Молярная теплоемкость твердого тела С = сM = 3 R, выходит, вообще не зависит от его свойств.
Этот вывод, сделанный нами на основе первого начала термодинамики, был получен экспериментально еще в 1819 г. во Франции П. Дюлонгом и А. Пти (закон Дюлонга–Пти).
Наша задача – повторить их опыт и убедиться в справедливости этого закона. Тогда мы, во-первых, убедимся в справедливости и универсальной применимости для любых тел первого закона термодинамики, во-вторых, сможем опытным путем определить универсальную газовую постоянную и постоянную Больцмана, и в-третьих, как бы это ни казалось невероятным, мы, понимая физику строения вещества, сможем при помощи весов и термометра узнавать массу атома!