Zvyšování kvality výuky v přírodních a technických oblastech CZ.1.07/1.1.28/02.0055 Měření povrchového napětí kapaliny (experiment) Označení: EU-Inovace-F-7-03 Předmět: fyzika Cílová skupina: 7. třída Autor: Mgr. Monika Rambousková Časová dotace: 1 vyučovací hodina Forma: jednotlivci, dvojice Anotace: tento experiment je možné využít v učivu o vlastnostech kapalin, žáci změří povrchové napětí kapaliny pomocí moderních měřících pomůcek Cíl: změřit pomocí siloměru Vernier DFS-BTA povrchové napětí Pomůcky: počítač s programem Logger Lite, siloměr Vernier DFS-BTA, rozhraní Vernier Go!Link, (místo počítače a rozhraní lze také použít datalogger LabQuest), nit, nůž, špejle 30 cm, studená a teplá voda, saponát (např. Jar), tác Motivace: Proč může vodoměrka chodit po hladině? Proč se kousek alobalu nebo žiletka, které opatrně položíte na vodní hladinu, neponoří? Proč se při praní do vody přidávají prací prostředky? Proč nám mýdlo usnadní umytí mastných rukou? Teorie:
Povrchové napětí je efekt, při kterém se povrch kapalin chová jako elastická fólie a snaží se dosáhnout co možná nejhladšího stavu s minimální plochou. To znamená, že se povrch tekutiny snaží dosáhnout stavu s nejmenší energií. Čím větší je povrchové napětí, tím kulatější je kapička této kapaliny. Povrch kapaliny se tedy chová tak, jako by byl tvořen velmi tenkou pružnou vrstvou, která se snaží stáhnout povrch kapaliny tak, aby měl při daném objemu kapaliny co nejmenší plochu. Pokud by na kapalinu nepůsobily vnější síly, měla by kulový tvar, protože koule má ze všech těles stejného objemu nejmenší povrch. Při působení vnějších sil je situace poněkud složitější. Vždy se však volný povrch kapaliny snaží snížit velikost celkového povrchu na co možná nejmenší možnou míru. To je důvod, proč je hladina klidné vody v otevřené nádobě (v gravitačním poli) vodorovná, neboť jakýkoli jiný tvar volné hladiny kapaliny by zvětšil celkový povrch kapaliny. Jsou-li vnější síly velmi malé proti silám povrchového napětí, bude se kapalina snažit zaujmout přibližně kulový tvar. To se děje např. u drobných kapiček tvořících mlhu, u kapek rtuti apod. Čím je povrchové napětí větší, tím snáze se na jeho povrchu mohou udržet různá tělesa. Hodnoty povrchového napětí lze nalézt v Tabulkách. Povrchové napětí rtuti je 7 větší než povrchové napětí vody, které je 2-3 větší než povrchové napětí lihu či petroleje. Postup: 1. Žáci siloměr připojí přes rozhraní Go!Link k počítači. 2. Siloměr přepnou na citlivější rozsah 10 N. 3. Na počítači spustí program Logger Lite. Nastaví Experiment: Trvání: 10 s Frekvence: 20 čtení/s Zvolí zobrazení Graf. 4. Na obou koncích špejle udělají zářez, připevní na ni nit. 5. Na tác nalijí studenou vodu. 6. Špejli za nit zavěsí na siloměr a položí ji na hladinu vody. 7. Spustí měření na počítači, táhnou siloměrem špejli z povrchu vody. 8. Bod 3. 7. zopakují pro teplou vodu, do které přidají saponát. 9. Vloží do pracovního listu grafy z obou měření. 10. Porovnají oba grafy, vysloví a zapíší závěr. Závěrečné zhodnocení:
Pracovní list: Název úlohy: EU-Inovace-F-7-03 LABORATORNÍ PRÁCE č. Měření povrchového napětí kapaliny Jméno: Datum: Třída: Školní rok: Spolupracovali: Úkol: změřte pomocí siloměru Vernier DFS-BTA povrchové napětí kapaliny Pomůcky: počítač s programem Logger Lite, siloměr Vernier DFS-BTA, rozhraní Vernier Go!Link, (místo počítače a rozhraní lze také použít datalogger LabQuest), nit, nůž, špejle 30 cm, studená a teplá voda, saponát (např. Jar), tác Postup: 1. Siloměr připojte přes rozhraní Go!Link k počítači. 2. Siloměr přepněte na citlivější rozsah 10 N. 3. Na počítači spusťte program Logger Lite. Nastavte Experiment: Trvání: 10 s Frekvence: 20 čtení/s Zvolte zobrazení Graf. 4. Na obou koncích špejle udělejte zářez, připevněte na ni nit. 5. Na tác nalijte studenou vodu. 6. Špejli za nit zavěste na siloměr a položte ji na hladinu vody. 7. Spusťte měření na počítači, táhněte siloměrem špejli z povrchu vody. 8. Bod 3. 7. zopakujte pro teplou vodu, do které přidáte saponát. 9. Vložte do pracovního listu grafy z obou měření. 10. Porovnejte oba grafy, vyslovte a zapište závěr.
Vypracování: Graf pro studenou vodu Graf pro teplou vodu se saponátem Závěr: Velikost povrchového napětí kapaliny závisí na:.. Doplňující úkol: Proveďte měření pro poloviční špejli. Co pozorujete? Proveďte měření pro jinou kapalinu (líh, olej). Co pozorujete?
Použité zdroje: [online] [ cit. 8. 1. 2014] Dostupné z:http://cs.wikipedia.org/wiki/povrchov%c3%a9_nap%c4%9bt%c3%ad KOLÁŘOVÁ, R. BOHUNĚK, J., Fyzika pro 7. ročník základní školy Praha: Prometheus, spol. s r. o., 2003. 203 s. ISBN 978-80-7196-265-6 Doc. Dr. Ing. RAUNER K. a kol., Fyzika 7 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia Plzeň: Nakladatelství Fraus, 2005. 136 s. ISBN 80-7238-431-7 RNDr. MACHÁČEK M., Fyzika pro 7. ročník základní školy, II. díl Praha: Scientia SPN, 1991. 91 s. ISBN 80-04-25857-3