Лабораторная работа №7 «Определение коэффициента поверхностного натяжения воды»

Цель работы: Научиться определять коэффициент поверхностного натяжения для воды, знать «капельный» метод определения коэффициента поверхностного натяжения.

Оборудование: капельница, штатив, сосуды с водой, весы электронные.

Теория:

Рис. 1

Для определения коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель используется стеклянная трубка с делениями и узким концом (бюретка) (рис. 1).

Из стеклянной трубки вытекает исследуемая жидкость каплями. При отрыве капли ее вес Р₀ равен силе поверхностного натяжения Р₀ = F, где Р₀ = m₀g, m₀ – масса одной капли жидкости, а F = s ∙ l = s ∙ pd; l = pd – длина окружности шейки капли; d – диаметр шейки капли, равный внутреннему диаметру узкого конца бюретки (d = = 2 мм). Тогда

. (1)

Так как для одной капли определить коэффициент поверхностного натяжения сложно, по причине её очень не большой массы, то лучше сосчитать 30 капель и определить суммарную массу всех капель.

Известно, что диаметр шейки капли связан с диаметром капилляра следующим соотношением d_ш=0,85d_k. Зная количество капель N и массу сосуда с водой в начале m₁ и в конце m₂ опытов, можно определить массу капли m₀.

(2) Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения определяется следующим образом:

(3)

Порядок выполнения работы:

1. Определить с помощью штангенциркуля диаметр капилляра.

2. Подставить под бюретку стакан и отрегулировать краном К частоту от­рыва капель так, чтобы их было удобно считать.

3. Дать возможность слиться в виде капель массе воды в 1-2 г, считая при этом число капель n.

4. По формуле (3) определить коэффициент поверхностного натяжения в СИ.

5. Опыт повторить три – четыре раза, экспериментальные данные занести в табл. 2 и определить среднее значение коэффициента поверхност­ного натяжения при комнатной температуре.

6. Заполнить таблицу

 

Таблица.

m2 (кг)	m1 (кг)	N	d (м)	(Н/м)
			2 10-3

Выводы:

 

Требование к отчету:

1. Цель работы

2. Оборудование

3. Теория

4. Выводы

5. Ответы на контрольный вопросы и задачи

Контрольные вопросы:

1. Что такое время оседлой жизни молекулы?

2. Как образуется молекулярное давление?

3. Почему поверхностный слой жидкости обладает излишком потенциальной энергии?

4. Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения.

5. Смачивание и несмачивание.

6. Лапласовское давление.

7. Что такое мениск?

8. Почему при смачивании жидкость подымается по капилляру, а при не смачивании опускается ниже уровня жидкости?

9. Задача. Керосин по каплям вытекает их бюретки через отверстие диаметром 2, 0 мм, причем капли падают одна за другой с интервалом 1,0 с. За сколько времени вытечет 25 см³ керосина? (Коэффициент поверхностного натяжения керосина 0,024 Н/м)

Лабораторная работа №8 « Наблюдение электрических полей. Определение ёмкости плоского конденсатора».

Цель работы: По демонстрации опытов иметь представление об электрическом поле, принципах электростатической защиты; научиться измерять емкость плоского конденсатора с бумажным диэлектриком, уметь выполнять практические расчеты электроемкости конденсаторов.

Оборудование: Линейка, бумажный конденсатор, штангенциркуль, приборы по электростатике: электрометр, электрофорная машина, колесо Франклина, электрический «султан», кодоскоп.

Теория: Конденсатор — накопитель электрических зарядов. Плоский конденсатор представляет собой систему из двух металлических электродов — пластин (обкладок), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Между пластинами находится воздух или какой-либо другой изолятор (слюда, керамика, парафинированная бумага и т. д.).

Если конденсатор присоединить к источнику постоянного тока, то на его пластинах появятся равные по модулю и противоположные по знаку электрические заряды. Способность конденсатора накапливать электрический заряд определяется формулой

q=CU, где С — электрическая емкость конденсатора, или в краткой форме — емкость. Емкость плоского конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между ними и типа изолирующего материала. Ее вычисляют по формуле

C=ee₀ ,

Емкость сферического конденсатора вычисляют по формуле

где e-диэлектрическая проницаемость среды между пластинами,

e₀-электрическая постоянная e₀=8.85 ×10^{-12 ,} S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между пластинами конденсатора, r₁-радиус внутренней сферы, r₂-радиус внешней сферы.

Единица электрической емкости в системе СИ называется фарад:

Фарад = , 1Ф=

На практике применяют дольные единицы электрической емкости:

1 мкФ (микрофарад) = 10⁻⁶ Ф,

1 нФ (нанофарад) = 10⁻⁹ Ф,

1 пФ (пикофарад) = 10⁻¹² Ф.

В маркировке конденсаторов указывают номинальную емкость, класс точности в % и максимальное рабочее напряжение. Номинальную емкость записывают с помощью двух или трех цифр. В десятичных дробях вместо запятой ставят буквы: р — для обозначения пикофарад, n — нанофарад, μ — микрофарад.

Соединение конденсаторов:

Последовательное соединение.

Рассмотрим (рис.1) батарею конденсаторов, соединенных последовательно. Заряды конденсаторов равны друг другу и заряду батареи, а напряжение батареи равно U=U₁+U₂+…+U_n. Запишем формулу (3) для каждого конденсатора и для батареи:

; =>

Параллельное соединение.

Рассмотрим батарею параллельно соединенных конденсаторов (рис.2). Напряжение на конденсаторах одинаково и равно напряжению батареи U=U₁=U₂=…=U_n, а заряд батареи равен q=q₁+q₂+…+q_n. Для каждого конденсатора запишем формулу (3):

; …

Порядок выполнения работы:

1. С помощью линейки измерить площадь поверхности бумажного конденсатора.

2. С помощью микрометра определить значение толщины парафинированной бумаги.

3. По таблице определить величину диэлектрической проницаемости парафинированной бумаги .

4. Занести полученные значения в таблицу.

S (м2) площадь	d (м) толщина	e диэлектрическая проницаемость	C (Ф) электроемкость

Требование к отчету:

1. Цель работы

2. Оборудование

3. Теория

4. Таблица

5. выводы

6. Решение задач

5. Решить задачи:

1. Определите площадь пластин плоского конденсатора, если его электроёмкость 50мкФ, а расстояние между пластинами 2мм.

2. Площадь пластин конденсатора 18см² . Между пластинами находится изолятор с диэлектрической проницательностью 2,5. Напряжённость электрического поля 20Мв/м. Определите заряд конденсатора.

3. Два одинаковых конденсатора соединены последовательно. Напряжение в цепи 220В, а энергия конденсаторов 40Дж. Какова ёмкость каждого конденсатора?

4. Плотность энергии в плоском конденсаторе 0,25 Дж/м³. Расстояние между пластинами 0,8мм Напряжённость электрического поля между пластинами 200кВ/м. Найдите напряжение между пластинами?