KATEDRA FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA

Transkript

1 Stdent Skpina/Osob. číslo KATEDA FYZIKY VŠB-TU OSTAVA NÁZEV PÁCE Měření povrcovéo napětí z kapilární elevace Číslo práce 4 Datm Spolpracoval Podpis stdenta: Cíle měření: Změřit odnoty povrcovéo napětí destilované vody a etanol. Měřicí prostředky: Čtyři nádoby s destilovano vodo a s etanolem s kapilárami známýc poloměrů (konkrétní odnoty včetně odpovídajícíc nejistot jso vedeny na nástěnce), gmový nasávací balónek, teploměr (v místnosti), digitální výškoměr Kompendim teorie: Kapilární elevace a deprese Hladina kapaliny v úzké trbici (kapiláře) není rovinná, její povrc se zakřivje a tvoří tzv. menisks, který je bď vydtý nebo vypklý. Zároveň pozorjeme, že při vydtém menisk vystopí ladina v kapiláře výše, než je okolní vodorovný povrc kapaliny. Tento jev se nazývá kapilární elevace (kapilarita znamená vzlínavost). Je-li naproti tom vrclík naor vypklý, stojí kapalina v kapiláře níže, než je okolní vodorovná ladina a vzniká kapilární deprese. Změny výšky ladiny v kapiláře jso spojeny s existencí kapilárnío tlak, který vzniká díky zakřivení povrc. Těsně pod vydtým povrcem je tlak menší než těsně pod rovinným povrcem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina vystopí v kapiláře do takové výšky, aby ydrostatický tlak odpovídající tomto slopci kapaliny vyrovnal rozdíl vnitřníc tlaků. U kapilární deprese je tom opačně. Těsně pod vypklým povrcem v kapiláře je vnitřní tlak větší než těsně pod rovinným povrcem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina klesne v kapiláře o takovo výšk, aby byl kapilární tlak kompenzován. Pro volný povrc kapaliny klovéo tvar je kapilární tlak p k dán vztaem p k, r kde r je poloměr zakřivenéo povrc v kapiláře a σ je povrcové napětí kapaliny. V případě kapilární elevace vystopí kapalina do takové výšky, aby ydrostatický tlak p g odpovídající slopci kapaliny stoty ρ a výšky byl stejný jako kapilární tlak.

2 Pro poloměr klové plocy dále platí (viz obrázek). r cos, kde je poloměr kapiláry a krajový úel Z podmínky rovnováy obo tlaků (ydrostatickéo a kapilárnío) plyne vzta pro výpočet povrcovéo napětí vzta g. cos V případě smáčení skleněné stěny kapiláry vodo a etanolem je krajový úel tak malý, že cos. Například pro vod ve skleněné nádobě je krajový úel přibližně 8. Pokyny k vlastním měření:. Změřte teplot okolí. Uvedená odnota bde považována za konstantní po celo dob měření.. Umístěte výškoměr tak, aby při poled do dalekoled procázela svislá osa nitkovéo kříže středem první kapiláry. Vodorovno částí nitkovéo kříže zaměřte orní okraj zobrazované ladiny kapaliny v nádobě. Stiskem žltéo tlačítka ZEO/ABS výškoměr vynljte. 3. Vodorovno částí nitkovéo kříže zaměřte ladin kapaliny v kapiláře a na displeji zobrazeno výšk zapište. 4. Měření proveďte opakovaně desetkrát. Při každém opakování měření nejprve stiskněte gmový balónek a vložte kovovo koncovk do silikonovéo nástavce kapiláry. Nasajte pomal kapalin do kapiláry (MAXIMÁLNĚ ASI DO /3 VÝŠKY KAPILÁY NAD HLADINOU, KAPALINA NESMÍ BÝT NASÁTA AŽ DO GUMOVÉHO BALÓNKU!!!), balónek odstraňte a kapalin v kapiláře necte volně klesnot. 5. V MFCH tablkác najděte stot měřené kapaliny pro dano teplot. Zjištěné odnoty zapište do formláře. 6. Do formláře zapište odpovídající poloměr kapiláry. 7. Vypočtěte odnot povrcovéo napětí jako g,

3 kde je výběrový průměr získaný na základě opakovanéo měření výšky ladiny kapaliny v kapiláře. 8. Postpem popsaným v bodec. až 7. proveďte měření také pro kapiláry (nádoby), 3 a Vypočtěte pro každo kapilár a kapalin absoltní a relativní nejistot nepříméo měření povrcovéo napětí a proveďte porovnání s odnoto povrcovéo napětí pro dano teplot a kapalin vedeno v MFCH tablkác (pomocí relativní odcylky od tablkové odnoty v procentec). 3

4 Formlář TABULKA kapalina: stota [kg.m -3 ] ρ = poloměr kapiláry = i výběrový průměr VÝPOČET HODNOTY POVCHOVÉHO NAPĚTÍ K TABULCE VÝPOČET NEJISTOTY MĚŘENÍ K TABULCE B 0 A i n n i B A B r 00 % 4

5 TABULKA kapalina: stota [kg.m -3 ] ρ = poloměr kapiláry = i výběrový průměr VÝPOČET HODNOTY POVCHOVÉHO NAPĚTÍ K TABULCE VÝPOČET NEJISTOTY MĚŘENÍ K TABULCE B 0 A i n n i B A B r 00 % 5

6 TABULKA 3 kapalina: stota [kg.m -3 ] ρ = poloměr kapiláry = i výběrový průměr VÝPOČET HODNOTY POVCHOVÉHO NAPĚTÍ K TABULCE 3 VÝPOČET NEJISTOTY MĚŘENÍ K TABULCE 3 B 0 A i n n i B A B r 00 % 6

7 TABULKA 4 kapalina: stota [kg.m -3 ] ρ = poloměr kapiláry = i výběrový průměr VÝPOČET HODNOTY POVCHOVÉHO NAPĚTÍ K TABULCE 4 VÝPOČET NEJISTOTY MĚŘENÍ K TABULCE B 0 A i n n i B A B r 00 % 7

8 ZÁVĚ 8