Kuinka mitata pintajännitys

Sisältö

Askeleet
Menetelmä 1/3: Käytä keinuvipua
Menetelmä 2/3: Kapillaarivaikutuksella
Tapa 3/3: Suhteellisen pintajännityksen määrittäminen kolikon avulla
Mitä tarvitset

Pintajännitys kuvaa nesteen kykyä vastustaa painovoimaa. Esimerkiksi pöytälevyllä oleva vesi muodostaa pisaroita, kun vesimolekyylit vetävät toisiaan puoleensa, mikä vastustaa painovoimaa. Pintajännityksestä johtuen raskaampia esineitä, kuten hyönteisiä, voidaan pitää veden pinnalla. Pintajännitys mitataan voimalla (N) jaettuna yksikköpituudella (m) tai energialla pinta -alayksikköä kohti. Voima, jonka kanssa vesimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa (yhtenäinen voima), luo jännitystä, mikä johtaa vesipisaroihin (tai muihin nesteisiin). Pintajännitystä voidaan mitata muutamalla yksinkertaisella esineellä, jotka löytyvät lähes jokaisesta kodista, ja laskimella.

Askeleet

Menetelmä 1/3: Käytä keinuvipua

1 Kirjoita muistiin pintajännityksen yhtälö. Tässä kokeessa yhtälö pintajännityksen määrittämiseksi on seuraava: F = 2Sd, missä F - voima newtonissa (N), S - pintajännitys newtoneina metriä kohti (N / m), d on kokeessa käytetyn neulan pituus. Ilmaistaan pintajännitys tästä yhtälöstä: S = F / 2d.
- Voima lasketaan kokeen lopussa.
- Ennen kokeen aloittamista mittaa neula pituus metrillä viivaimella.
2 Rakenna pieni keinuvipu. Tässä kokeessa käytetään keinuvartta ja pientä neulaa, joka kelluu veden pinnalla pintajännityksen määrittämiseksi.Keinuvivun rakennetta on harkittava huolellisesti, koska tuloksen tarkkuus riippuu siitä. Voit käyttää erilaisia materiaaleja, tärkeintä on tehdä vaakasuora palkki jostain kovasta: puusta, muovista tai paksusta pahvista.
- Määritä sauvan keskikohta (esimerkiksi olki- tai muoviviivain), jota aiot käyttää poikkipalkkeina, ja poraa tai lävistä reikä tähän paikkaan. tämä on poikkipalkin tukipiste, jossa se pyörii vapaasti. Jos käytät muovipilliä, lävistä se yksinkertaisesti tapilla tai naulalla.
- Poraa tai lävistä reiät poikkipalkin päihin niin, että ne ovat yhtä kaukana keskeltä. Vie langat reikien läpi ripustaaksesi kupin ja neulan.
- Tue tarvittaessa palkkia kirjoilla tai muilla riittävän kovilla esineillä, jotta palkki pysyy vaakatasossa. On välttämätöntä, että poikkipalkki pyörii vapaasti naulan tai tangon ympärillä, joka on juuttunut sen keskelle.
3 Ota pala alumiinifoliota ja rullaa se laatikkoon tai lautanen muotoon. Ei ole lainkaan välttämätöntä, että tällä lautasella on säännöllinen neliö tai pyöreä muoto. Täytät sen vedellä tai muulla painolla, joten varmista, että se kestää painon.
- Ripusta peltirasia tai lautanen tangon toisesta päästä. Tee pienet reiät lautasen reunoille ja pujota niiden läpi niin, että asetti roikkuu tangosta.
4 Ripusta neula tai paperiliitin tangon toisesta päästä niin, että se on vaakasuorassa. Sido neula tai paperiliitin vaakasuoraan langan toisesta päästä riippuvaan lankaan. Jotta koe onnistuisi, neula tai paperiliitin on asetettava täsmälleen vaakasuoraan.
5 Aseta tangolle jotain, kuten muovailua, alumiinifoliosäiliön tasapainottamiseksi. Ennen kokeen aloittamista on varmistettava, että poikkipalkki on vaakasuorassa. Kalvolautanen on raskaampi kuin neula, joten lautanen palkki putoaa alas. Kiinnitä tarpeeksi plastiliinia palkin vastakkaiselle puolelle niin, että se on vaakasuorassa.
- Tätä kutsutaan tasapainottamiseksi.
6 Aseta roikkuva neula tai paperiliitin vesisäiliöön. Tämä vaihe vaatii lisäponnistelua neulan asettamiseksi veden pinnalle. Varmista, että neula ei uppoa veteen. Täytä astia vedellä (tai muulla nesteellä, jonka pintajännitys on tuntematon) ja aseta se roikkuvan neulan alle niin, että neula on suoraan nesteen pinnalla.
- Varmista, että neulaa pitävä köysi pysyy paikallaan ja on riittävän tiukka.
7 Punnitse muutamia tappeja tai pieni määrä mitattuja vesipisaroita pienessä mittakaavassa. Voit lisätä yhden tapin tai yhden pisaran vettä keinuvipun alumiinilautanen. Tässä tapauksessa on tarpeen tietää tarkka paino, jolla neula irtoaa veden pinnalta.
- Laske nastojen tai vesipisaroiden määrä ja punnitse ne.
- Määritä yhden tapin tai vesipisaran paino. Tätä varten jaa kokonaispaino nastojen tai tippojen määrällä.
- Oletetaan, että 30 nastaa painaa 15 grammaa, sitten 15/30 = 0,5, eli yksi tappi painaa 0,5 grammaa.
8 Lisää nastoja tai vesipisaroita yksi kerrallaan alumiinifoliovuokaan, kunnes neula irtoaa veden pinnalta. Lisää yksi tappi tai tippa vettä vähitellen. Varo neulaa huolellisesti, jotta et menetä hetkeä, jolloin seuraava painonnousun jälkeen se irtoaa vedestä. Kun neula irtoaa nesteen pinnalta, lopeta nastojen tai vesipisaroiden lisääminen.
- Laske neulojen tai vesipisaroiden lukumäärä, jotka saivat tangon vastakkaisessa päässä olevan neulan irti veden pinnasta.
- Kirjoita tulos muistiin.
- Toista koe useita (5 tai 6) kertaa saadaksesi tarkemmat tulokset.
- Laske saatujen tulosten keskiarvo. Voit tehdä tämän lisäämällä nastojen tai tippojen määrän kaikkiin kokeisiin ja jakamalla kokonaismäärän kokeiden lukumäärällä.
9 Muunna nastojen määrä vahvuudeksi. Voit tehdä tämän kertomalla grammojen määrän 0,00981 N / g. Pintajännityksen laskemiseksi sinun on tiedettävä neulan nostamiseen tarvittava voima veden pinnalta. Koska laskit tappien painon edellisessä vaiheessa voiman määrittämiseksi, sinun tarvitsee vain kertoa tämä paino 0,00981 N / g.
- Kerro lautasen nastojen määrä yhden tapin painolla. Jos esimerkiksi laitat 5 nastaista 0,5 grammaa, niiden kokonaispaino on 0,5 grammaa / tappi = 5 x 0,5 = 2,5 grammaa.
- Kerro grammien määrä kertoimella 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Liitä nämä arvot yhtälöön ja löydä etsimäsi arvo. Kokeen aikana saatuja tuloksia voidaan käyttää pintajännityksen määrittämiseen. Liitä vain löydetyt arvot ja laske tulos.
- Sanotaan, että yllä olevassa esimerkissä neulan pituus on 0,025 metriä. Korvaamalla arvot yhtälöön ja saamme: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Siten nesteen pintajännitys on 0,05 N / m.

Menetelmä 2/3: Kapillaarivaikutuksella

1 Opi kapillaarivaikutuksesta. Kapillaari -ilmiöiden ymmärtämiseksi on ensin tutustuttava tarttuvuus- ja koheesiovoimiin. Tarttuminen saa nesteen tarttumaan kovalle pinnalle, kuten lasille. Koheesiovoiman ansiosta nesteen molekyylit vetävät toisiaan puoleensa.Kiinnitys- ja koheesiovoimien yhteisvaikutus saa nesteen nousemaan ohuissa putkissa.
- Tämän nesteen pintajännitys voidaan laskea putken nesteen nousukorkeudesta.
- Yhtenäiset voimat johtavat kuplien ja pisaroiden muodostumiseen pinnalle. Kun neste joutuu kosketuksiin ilman kanssa, nesteen molekyylit vetävät toisiaan puoleen, jolloin muodostuu kupla.
- Tarttuvuus johtaa meniskin muodostumiseen, mikä on havaittavissa nesteen kosketuskohdissa lasiseinien kanssa. Meniskin kovera muoto näkyy paljaalla silmällä.
- Esimerkki kapillaarivaikutuksesta on nesteen nostaminen olkiin, joka asetetaan lasilliseen vettä.
2 Kirjoita yhtälö pintajännityksen määrittämiseksi. Pintajännitys lasketaan seuraavasti: S = (ρhga / 2), missä S - pintajännitys, ρ - tutkitun nesteen tiheys, h - nesteen nousun korkeus putkessa, g - painovoiman kiihtyvyys nesteeseen vaikuttavan painovoiman vaikutuksesta (9,8 m / s), a on kapillaariputken säde.
- Kun korvaat tiedot tähän yhtälöön, varmista, että ne on ilmaistu metriyksiköinä: tiheys kg / m, korkeus ja säde metreinä, painovoimasta johtuva kiihtyvyys m / s.
- Jos nesteen tiheyttä ei ilmoiteta etukäteen, se löytyy käsikirjasta tai lasketaan kaavalla tiheys = massa / tilavuus.
- Pintajännitys mitataan newtoneina metriä kohti (N / m). Newton on yhtä kuin 1 kg * m / s. Jos haluat määrittää mittayksiköt itsenäisesti, korvaa ne vain yhtälöllä ilman numeerisia arvoja: S = kg / m * m * m / s * m. Jos pienennämme kaksi metriä osoittimessa ja nimittäjässä, 1 kg * m / s / m, eli 1 N / m.
3 Kaada astiaan neste, jonka pintajännitys on tuntematon. Ota matala lautanen tai kulho ja kaada neste siihen niin, että se peittää pohjan 2-3 senttimetriä. Nesteen määrällä ei ole väliä, tärkeintä on, että on selvästi nähtävissä, kuinka paljon se nousee kapillaariputkessa.
- Jos aiot kokeilla erilaisia nesteitä, puhdista ja kuivaa levy perusteellisesti ennen kuin kaadat siihen eri nesteen, tai käytä eri astiaa joka kerta.
4 Kasta puhdas, ohut putki nesteeseen. Tämän putken nesteen nousun korkeudesta määrität pintajännityksen.Pidä letku puhtaana, jotta näet selvästi, kuinka korkealle neste nousee astian tason yläpuolelle. Lisäksi putkella on oltava vakio säde.
- Säteen mittaamiseksi aseta viivain putken yläosaa vasten ja määritä halkaisija. Jaa sitten halkaisija 2: lla ja säde löytyy.
5 Mittaa korkeus, jonka neste on noussut levyn tason yläpuolelle. Siirrä viivaimen reuna lokeron nesteen pintaan ja määritä kuinka korkealle neste on noussut putkessa. Vesi putkessa nousee, koska pintajännityksen nostovoima ylittää painovoiman.
6 Liitä nämä arvot yhtälöön ja tee laskelmat. Kun olet määrittänyt kaikki vaaditut arvot, liitä ne yhtälöön ja etsi pintajännitys. Muista muuntaa kaikki arvot metriyksiköiksi saadaksesi oikean tuloksen.
- Oletetaan, että mittaamme veden pintajännitystä. Veden tiheys on noin 1 kg / m3 (tässä esimerkissä käytetään likimääräisiä arvoja). Painovoiman aiheuttama kiihtyvyys on 9,8 m / s. Olkoon putken säde 0,029 m ja vesi on noussut 0,5 m korkeuteen. Mikä on veden pintajännitys?
- Korvaa saadut arvot yhtälöön ja saa: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421/2 = 0,071 J / m.

Tapa 3/3: Suhteellisen pintajännityksen määrittäminen kolikon avulla

1 Kerää kaikki tarvitsemasi. Tätä kokeilua varten tarvitset pipetin, kuivan kolikon, veden, pienen kulhon, astianpesuaineen, kasviöljyn ja pyyhkeen. Kaikki nämä löytyvät kotoa tai ostetaan lähikaupastasi. Voit tehdä ilman astianpesuainetta ja kasviöljyä, mutta tarvitset muutamia erilaisia nesteitä vertailuun.
- Varmista, että kolikko on puhdas ja kuiva ennen kokeen aloittamista. Jos käytät märkää kolikkoa, saat epätarkkoja tuloksia.
- Tämä koe ei salli pintajännityksen laskemista; sitä voidaan käyttää vain eri nesteiden pintajännityksen vertaamiseen.
2 Pudota yksi tippa nestettä kerrallaan kolikon pinnalle. Aseta kolikko pyyhkeelle tai muulle pinnalle, joka voi kastua. Ota ensimmäinen neste pipettiin ja tiputa sitten hitaasti yksi tippa kolikkoon. Laske tipat, kun teet tämän. Jatka, kunnes neste valuu kolikon ulkopuolelle.
- Merkitse muistiin, kuinka monta tippaa nesteen valuminen kolikon ulkopuolelle vaati.
3 Toista tämä toimenpide eri nesteillä. Puhdista ja kuivaa kolikko aina, kun vaihdat nestettä. Kuivaa myös pinta, jolle asetat kolikon. Käytä erilaisia pipettejä tai puhdista pipetti ennen uutta kokeilua.
- Kokeile lisätä astianpesuainetta veteen, tiputa sitten vettä kolikon päälle ja katso muuttuuko pintajännitys.
4 Vertaa tippojen määrää, joka tarvitaan eri nesteisiin kolikon täyttämiseksi. Yritä toistaa koe samalla nesteellä useita kertoja nähdäksesi, ovatko tulokset oikeita. Tulosten keskiarvo: Lisää tippojen määrä eri kokeissa ja jaa kokonaismäärä kokeiden määrällä. Kirjoita ylös, kuinka monta tippaa eri nesteistä kului kolikon täyttämiseen.
- Mitä enemmän tippaa tiettyä nestettä tarvitaan kolikon täyttämiseen, sitä suurempi on tämän nesteen pintajännitys.
- Astianpesuaine alentaa veden pintajännitystä; sen lisääminen vie vähemmän tippaa kolikon täyttämiseen.