PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Podobné dokumenty
Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

1. Změřte teplotní závislost povrchového napětí destilované vody σ v rozsahu teplot od 295 do 345 K metodou bublin.

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium teplotní závislosti povrchového napětí

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

1. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli z protažení drátu. 2. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli a duralu nebo mosazi z průhybu trámku.

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Praktikum III - Optika

Praktikum III - Optika

Měření povrchového napětí

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

HUSTOTA PEVNÝCH LÁTEK

Fyzikální praktikum I

Fyzikální praktikum II

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum I

Fyzikální praktikum II

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Fyzikální praktikum III

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

3. Měření viskozity, hustoty a povrchového napětí kapalin

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.XI. Název: Měření stočení polarizační roviny

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecně fyziky MFF UK. úlohač.11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Praktikum III - Optika

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Posuzoval:... dne:...

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

PRAKTIKUM I Mechanika a molekulová fyzika

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.10 Název: Hallův jev. Pracoval: Lukáš Ledvina

2 Jevy na rozhraní Kapilární tlak Kapilární jevy Objemová roztažnost kapalin 7

Stanovení hustoty pevných a kapalných látek

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

Struktura a vlastnosti kapalin

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Elektrická vodivost elektrolytů. stud. skup.

HYDROSTATICKÝ TLAK. 1. K počítači připojíme pomocí kabelu modul USB.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

3. Vypočítejte chybu, které se dopouštíte idealizací reálného kyvadla v rámci modelu kyvadla matematického.

Praktikum II Elektřina a magnetismus

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEI VUT BRNO

Úkol č. 1: Změřte měrnou tepelnou kapacitu kovového tělíska.

1. Měřením na rotačním viskozimetru zjistěte, zda jsou kapaliny připravené pro měření newtonovské.

Závislost odporu termistoru na teplotě

pv = nrt. Lord Celsius udržoval konstantní tlak plynu v uzavřené soustavě. Potom můžeme napsat T, tedy V = C(t t0) = Ct Ct0, (1)

Praktikum II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Měření indexu lomu Jaminovým interferometrem

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Měření tlaku v závislosti na nadmořské výšce KET/MNV

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Teplotní roztažnost pevných látek. stud. skup.

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

Fyzikální praktikum...

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. stud. skup. FMUZV (73) dne

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Měření Poissonovy konstanty a dutých objemů Abstrakt: V této úloze se studenti seznámí s různými metodami

Řešení úloh krajského kola 60. ročníku fyzikální olympiády Kategorie A Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3), V. Vícha (4)

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Struktura a vlastnosti kapalin

Kalibrace odporového teploměru a termočlánku

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

Měření teplotní roztažnosti

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. obor (kruh) FMUZV (73) dne

LOGO. Struktura a vlastnosti kapalin

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

Měření teplotní roztažnosti

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Diskuse výsledků 0 4. Seznam použité literatury 0 1

Měření Poissonovy konstanty a dutých objemů Abstrakt: V této úloze se studenti seznámí s různými metodami

Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 1,25 hodiny

Praktikum III - Optika

V i s k o z i t a N e w t o n s k ý c h k a p a l i n

Transkript:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK PRAKTIKUM... Úloha č. Název: Pracoval: stud. skup. dne Odevzdal dne: Možný počet bodů Udělený počet bodů Práce při měření 0 5 Teoretická část 0 1 Výsledky měření 0 8 Diskuse výsledků 0 4 Závěr 0 1 Seznam použité literatury 0 1 Celkem max. 20 Posuzoval: dne

Pracovní úkoly 1. Změřte teplotní závislost povrchového napětí destilované vody σ v rozsahu teplot od 295 do 345 K metodou bublin. 2. Měřenou závislost znázorněte graficky. Závislost aproximujte kvadratickou funkcí. 1 Teoretická část Povrchové napětí σ je definováno jako síla působící v povrchu kapaliny kolmo na jednotku délky. Pro úsečku délky l, na kterou v povrchu působí z obou stran síla F, pak platí: σ = F l (1) Metoda bublin Při vytlačování vzduchu z kapiláry, působí proti vytlačování jednak hydrostatický tlak v hloubce h a jednak povrchové napětí kapaliny σ vytváří uvnitř kulové plochy poloměru r přetlak: p = 2σ r + hρg (2) g je tíhové zrychlení, ρ hustota zkoumané kapaliny. V případě, že kapilára je umístěna těsně pod povrchem kapaliny, můžeme hydrostatický tlak zanedbat. Bubliny začnou unikat právě ve chvíli, kdy tlak uvnitř trubice je vyšší než tlak nad hladinou kapaliny o: p max = 2σ r 0 (3) kde r 0 je poloměr kapiláry. Celé měření realizujeme pomocí baňky s rtuťovým teploměrem a kapilárou, která vnitřní prostředí spojuje s okolím a ústí těsně pod hladinu měřené kapaliny (vody). Prostor nad kapalinou je spojen s aspirátorem, jenž slouží ke snižování tlaku nad hladinou kapaliny (více viz. [1, str. 153-155]). Rozdíl tlaků měříme mikromanometrem. Baňka je umístěna v kándince s vlažnou vodou, která je pomocí ploténky s míchačkou postupně ohřívána. Postup měření je následující: Uvolněním kohoutu aspirátoru z něj upouštíme vodu a snižujeme tlak nad hladinou měřené kapaliny tak, aby systém volně dýchal. Rozdíl tlaku uvnitř a vně aparatury sledujeme na stupnici mikromanometru, když dosáhne maximální hodnoty, začnou z kapiláry unikat bublinky. Hodnoty ze stupnice mikromanometru pro spočtení max. rozdílu tlaků p max zapíšeme. Kapalinu v baňce postupně zahříváme a měříme povrchové napětí pro různé teploty t, příp. termodyn. T. Použité přístroje Mikromanometr Zařízení slouží k měření rozdílu tlaků. Jeho hlavní součástí je milimetrová stupnice s vodním sloupcem, která může být pro potřebu přesnosti nakloněna v různých úhlech (čím menší úhel, tím větší přesnost). Nejprve odečteme polohu n 0 hladiny vod. sloupce na stupnici pro tlak, vůči kterému rozdíl měříme. Po připojení aparatury a prostředí s odlišnou hodnotou tlaku odečteme polohu n 1 na milimetrové stupnici. Rozdíl tlaku p pak získáme jako: p = (n 1 n 0 )ρgsinα (4) kde ρ je hustota kapaliny v mikromanometru (dest. voda), g je místní tíhové zrychlení, α je úhel naklonění stupnice s vod. sloupcem od vodorovného směru (dále viz. [1, str. 134-137]). Náš mikromanometr je nastaven tak, že n 0 = 0 mm, tedy měříme přímo rozdíl l = n 1 n 0. Stupnice je milimetrová, l = 1 mm. rtuťový teploměr ( t = 0.5 C), plotýnka s míchačkou, baňka s destilovanou vodou a kapilárou, kádinka, aspirátor 2

2 Výsledky měření Použité hodnoty [3] Tíhové zrychlení g = 9.81 m.s 2 Hustota dest. vody v manometru ρ H2O = 997.5 kg.m 3 Hustota vody při teplotě 23 C. Další hodnoty a podmínky měření Teplota okolí Průměr kapiláry Úhel sklonu stupnice manometru t o = (22.8 ± 0.1) C d 0 = (0.55 ± 0.02) mm α = 30 sinα = 0.5 Přímým dosazením naměřených hodnot l a známých g, ρ H2O, r (za které dosadíme d/2 její průměr) a sinα do rovnic (3) a (4) získáme hledané σ. Chybu spočteme standartně z l a d: Výsledné hodnoty uvádí tabulka 1. σ = ( σ l l ) 2 ( ) 2 σ + d d (5) t [ C] T [K] l [mm] σ [10 3 N.m 1 ] 20.0 293.2 111 (74.7 ± 2.8) 25.0 298.2 110 (74.0 ± 2.8) 30.0 303.2 109 (73.4 ± 2.8) 32.0 305.2 108 (72.7 ± 2.7) 35.0 308.2 107 (72.0 ± 2.7) 37.0 310.2 106 (71.3 ± 2.7) 40.0 313.2 105 (70.7 ± 2.7) 42.0 315.2 104 (70.0 ± 2.6) 45.0 318.2 103 (69.3 ± 2.6) 47.0 320.2 102 (68.7 ± 2.6) 50.0 323.2 102 (68.7 ± 2.6) 52.5 325.7 101 (68.0 ± 2.6) 55.0 328.2 100 (67.3 ± 2.5) 57.0 330.2 99 (66.6 ± 2.5) 62.0 335.2 98 (66.0 ± 2.5) 65.0 338.2 98 (66.0 ± 2.5) 67.5 340.7 97 (65.3 ± 2.5) 70.0 343.2 97 (65.3 ± 2.5) Tabulka 1: Naměřené hodnoty l při teplotách vody t resp. T a výsledné povrch. napětí σ Dále zkoumáme závislost povrchového napětí na termodyn. teplotě vody T. Naměřenou závislost máme aproximovat kvadratickou funkcí obecného tvaru s koeficienty a, b a c: Při zpracování programem R vycházejí koeficinety se standartními odchylkami: a = (230 ± 40) x10 3 N.m 1 b = ( 0.8 ± 0.2) x10 3 N.m 1.K 1 c = (10 ± 4) x10 7 N.m 1.K 2 Výsledek je znázorněn v grafu na obr. 1. σ = a + bt + ct 2 (6) 3

Obr. 1: Graf závislosti povrchového napětí vody σ na term. teplotě T a tabelované hodnoty [3] Pro porovnání zkusme ještě spočítat povrchové napětí z rovnic (2), (3) a (4) a nezanedbávat hydrostatický tlak. Odhadněme ponoření kapiláry do hloubky h = 1 mm. Hustotu vody za různých teplot zjistíme z tabulek [3]. Chybu počítáme stejně jako v přechozím případě, chybu odhadu ponoření neuvažuji. T [K] l [mm] ρ [kg.m 3 ] σ [10 3 N.m 1 ] σ k [10 3 N.m 1 ] σ t [10 3 N.m 1 ] 293.2 111 998.2 (74.7 ± 2.8) (73.3 ± 2.8) 72.8 298.2 110 997.0 (74.0 ± 2.8) (72.7 ± 2.8) 72.0 303.2 109 995.7 (73.4 ± 2.8) (72.0 ± 2.8) 71.2 305.2 108 995.0 (72.7 ± 2.7) (71.3 ± 2.7) 308.2 107 994.0 (72.0 ± 2.7) (70.6 ± 2.7) 310.2 106 993.3 (71.3 ± 2.7) (70.0 ± 2.7) 313.2 105 992.2 (70.7 ± 2.7) (69.3 ± 2.7) 69.6 315.2 104 991.4 (70.0 ± 2.6) (68.6 ± 2.6) 318.2 103 990.2 (69.3 ± 2.6) (68.0 ± 2.6) 320.2 102 989.4 (68.7 ± 2.6) (67.3 ± 2.6) 323.2 102 988.0 (68.7 ± 2.6) (67.3 ± 2.6) 67.9 325.7 101 (68.0 ± 2.6) 328.2 100 985.7 (67.3 ± 2.5) (65.9 ± 2.5) 298.2 99 (66.6 ± 2.5) 303.2 98 980.6 (66.0 ± 2.5) (64.6 ± 2.5) 293.2 98 (66.0 ± 2.5) 298.2 97 (65.3 ± 2.5) 303.2 97 977.8 (65.3 ± 2.5) (63.9 ± 2.5) 64.4 Tabulka 2: Tabulka původních hodnot povrch. napětí σ, s korekcí na ponoření kapiláry a hustotu (ρ) kapaliny σ k a tabelované hodnoty σ t, data v tabulkách pro tyto teploty nejsou uvedena. 4

3 Diskuse výsledků Naměřené hodnoty (při zanedbání hydrostatického tlaku) jsou větší než tabelované, nicméně ty leží v intervalu chyby, jak ilustruje tabulka 2 a graf na obr. 1. Tabelovaná závislost povrch. napětí vody na její teplotě je navíc lineární. Naše výsledky se v grafu k této přímce s rostoucí teplotou stále více přimykají. I proto jsem k přímo naměřeným hodnotám přidal ještě srovnání s hodnotami beroucími v potaz hydrostatický tlak pro ústí trubice v hloubce 1 mm. Jak je vidět opět z tabulky 2, tyto výsledky tabulkovým hodnotám odpovídají ještě o něco lépe. Hledanou zanedbanou hloubku ústí kapiláry odhaduji tedy někde mezi 0 a 2 mm. Dalšími zdroji chyb pak je samozřejmě předpoklad, že měření probíhá v ustáleném stavu, což není pravda. Během měření je voda neustále zahřívána. Podobně i pokud voda z aspirátoru odtékala moc rychle, bubliny pak neunikají z kapiláry za ustáleného stavu a naměřený rozdíl tlaků může být odlišný. Taktéž silné vypařování vody při vyšších teplotách může ovlivnit naměřený výsledek (mění teplotu a tlak nad hladinou kapaliny). Ve spojistosti s uvažovaným hydrostat. tlakem se lze i domnívat, že na začátku měření ústí kapilára ve větší hloubce než k jeho konci. Nakonec nemáme ani jistotu, že použitá destilovaná voda byla zcela čistá. 4 Závěr Metodou bublin bylo zjištěno povrchové napětí vody o teplotě 293.2 až 343.2 K. Povrchové napětí s rostoucí teplotou klesá. Dosažené hodnoty v rozmezí 65 až 75 x10 3 N.m 1 s relativní chybou okolo 4 % shrnuje tabulka 1, závislost byla aproximována kvadratickou funkcí. Tu a porovnání s tabelovanými hodnotami ilustruje graf na obr. 1. Hodnoty povrch. nap. při uvažovaném vlivu hydrostatického tlaku v ústí kapiláry shrnuje tabulka 2. 5 Literatura Použitá literatura [1] J. Brož a kol.: Základy fyzikálních měření I, SPN, Praha 1983 [2] Studijní text, XIV Studium teplotní závislosti pov. napětí, http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/ [3] J. Brož, V. Roskovec, M. Valouch: Fyzikální a matematické tabulky, SNTL, Praha 1980 5