III часть: Наблюдение поднятия жидкости по капилляру.
Лабораторная работа № 7
Тема: Свойства жидкостей: поверхностное натяжение, смачивание,
капиллярность.
Цель: изучить свойства жидкости: поверхностное натяжение, смачивание
и капиллярность.
Теория
Свободная поверхность жидкости стремится сократиться до минимальных
размеров. Свойство поверхности жидкости сокращаться объясняется существо -
ванием силы поверхностного натяжения.
Сила поверхностного натяжения - это сила, действующая вдоль всей свободной
поверхности жидкости, перпендикулярно к линии ограничивающей поверхность и
|
i
где i- длина поверхностного слоя жидкости
s -коэффициент поверхностного натяжения [Н/м], характеризует
свободную поверхность самой жидкости.
Жидкость взаимодействует и с газами, и с поверхностями твердого тела.
С силой взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела связаны
явления смачивание и несмачивание.
вогнутый мениск 1) Если сила взаимодействия между молекулами жидкости и поверхностью твердого тела больше силы взаимодействия между молекулами этой жидкости, то жидкость смачивает твёрдую поверхность (см. рис.), а так же O – краевой угол удовлетворяет условиюO < 90°
выпуклый мениск 2) Если сила взаимодействия между молекулами жидкости и поверхности твердого вещества меньше силы взаимодействия между молекулами этой жидкости, то жидкость не смачивает твёрдую поверхность (см. рис.), а краевой угол -O > 90°
Например: - не смачиваются чистой водой бумага, обработанная маслом.
- смачивается чистой водой, поверхность обезжиренного стекла.
Капилляр – очень узкая трубка (от латинского « капилля» – волос) – трубка с
малым внутренним диаметром.
Капиллярность– подъём или опускание жидкости в капилляре, причиной
которого является явление смачивания и несмачивание.
Высота подъёма или опускания (h)зависит от рода жидкости (ее плотности,
коэффициента поверхностного натяжения) и радиуса капилляра, что видно из
формулы:
где s- коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
r – внутренний радиус трубки;
r- плотность жидкости;
q= 9,8 м/с2
Наблюдение и объяснение этих свойств жидкости и есть основная задача работы.
Оборудование: -стаканы с холодной и горячей водой
- баночка с тальком
- кусочек мыла
- пластилин
- петля проволочная
- пипетка
- различные тела, которые смачиваются и не смачиваются водой
(стеклянная пластина, парафиновая свеча, бумага, техническая
бумага и др.)
- капилляр, линейка
Ход работы:
Примечание:работа состоит из трех частей (трех опытов).
Отчет для каждой части необходимо составить по схеме:
1) название опыта
2) ход опыта
3) объяснение опытов на основе вопросов и заданий для отчета
4) ответы на контрольные вопросы.
I часть: Исследование зависимости коэффициента поверхностного
натяжения от температуры и от наличия примесей в воде
Ход опыта I:
1. Опустите проволочную петлю в стакан с водой, а затем осторожно выньте, так чтобы в петле образовалась плёнка (проделайте опыт с холодной и горячей водой).
2. Скатайте из пластилина шарик диаметром 1,5-1,8 см, положите его при помощи проволочной петли сначала на поверхность холодной воды, а затем на поверхность горячей (ненадолго).
3. Просейте тальк на поверхность холодной водой. Коснитесь поверхности воды кусочком мыла.
Вопросы для отчета:1) Почему образовалась водяная плёнка в петле? Какая
сила удерживает воду в петле?
2) Как повела себя холодная и горячая вода на поверх-
ности пластилина? Объясните итоги увиденного.
3) Опишите итоги опыта с тальком. Объясните его.
Контрольные вопросы для I опыта:
1. Как коэффициент поверхностного натяжения воды зависит от температуры?
2. Из крана самовара падают капли. Когда эти капли более тяжёлые: когда вода горячая или когда она остыла? Почему?
3. Как заставить плавать иглу на поверхности жидкости? Почему это возможно? Что необходимо сделать для того, чтобы облегчить задачу?
II часть: Изучение явлений смачивания и несмачивания твердого
тела жидкостью.
Ход опыта II:
1. Капните с помощью пипетки по капле на поверхности различных тел.
2. Внимательно пронаблюдайте за формой капельки на поверхностях смачиваемых и не смачиваемых водой.
Задания для отчета:1) Зарисуйте форму капельки воды на поверхности
различных тел.
2) Заполните таблицу по итогам наблюдений:
| Вещества, смачиваемые водой | Вещества, не смачиваемые водой |
Контрольные вопросы для II опыта:
1. Почему чернилами нельзя писать на жирной бумаге?
2. Почему алюминий не удаётся паять оловянным припоем?
3. Где можно использовать смачивание?
4. Предложите способ избежать смачивание водой поверхностей.
III часть: Наблюдение поднятия жидкости по капилляру.
Ход опыта III:
1. Опустите капилляр в стакан с холдной водой. Пронаблюдайте поднятие жидкости в капилляре. Измерьте высоту поднятия жидкости в капилляре.
2. Повторите опыты с горячей водой.
Вопросы для отчета: 1) Зарисуйте уровень и форму поверхности жидкости в
капилляре относительно уровня в стакане. Запишите
величину поднятия жидкости h1в холодной воде
2) Как изменятся результаты опыта, если использо -
вать горячую воду? Запишите величину поднятия
жидкости в капилляре h2 для горячей воды.
3) Объясните итоги III опыта на основе теории
(формула или закономерность).
Контрольные вопросы для III опыта:
1. Зачем в стальных перьях для письма делают продольный разрез? Что этот разрез напоминает?
2. Если положить кусок мела на мокрую губку, он намокнет. Если сухую губку положить на мокрый мел, она останется сухим. Почему?
3. Приведите примеры проявления капиллярности в быту, природе, технике.