Визначення поверхневого натягу методом рахунку крапель

Метод рахунку крапель вважається найпростішим способом вимірювання поверхневого натягу з технічної точки зору. В основі розрахунків лежить закон, згідно з яким вага краплі, відриваються від піпетки, пропорційний поверхневого натягу рідини (s) і радіусу піпетки (R), тобто        

m = 2p Rs   / g, де         

(1)     

g - прискорення вільного падіння;

m - маса краплі досліджуваної рідини.

Процес вимірювань простий і складається з двох етапів. На першому етапі визначається радіус піпетки (сталагмометра). Величина радіусу обчислюється за результатами вимірювання ваги краплі якої-небудь стандартної рідини, наприклад, дистильованої води. Для вимірювання радіуса не використовуються будь-які додаткові вимірювальні інструменти, такі як мікрометр, оскільки величина радіусу у формулі (1) лише наближено відображає дійсні розміри використовуваної піпетки. (Причини такого стану справ будуть пояснені далі.)

Другий етап полягає в тому, що з піпетки видавлюється кілька крапель досліджуваної рідини в посуд для зважування. Перша крапля не повинна потрапити в число зважує. Далі зважуванням на вагах визначається загальна вага крапель.

Важливим є процес формування окремої краплі. Формувати краплю швидко неприпустимо, тому як результат подальшого вимірювання буде недостоверен через те, що сила інерції надходить рідини відірве краплю завчасно. Повільно ж формувати краплю не раціонально. Зазвичай надходять у такий спосіб: краплю формують швидко, але на останній стадії формування (до її відриву від піпетки) сповільнюють процес. Крапля повинна відірватися при дуже повільному надходженні рідини.

Систематична помилка від використання для розрахунків формули (1) досягає в кращому випадку 2-3%, якщо для калібрування (визначення радіуса) застосовувалася дистильована вода, а поверхневий натяг досліджуваної проби одно 20 дін/см. Це пов'язано з тим, що вищезгадана формула не зовсім вірно відображає існуюче стан справ. Лонштейн, а потім Гаркінс і Браунс ще на початку століття показали, що кращими показниками має формула:        

m = F2p   Rs/g, де         

(2)     

F - поправка, що залежить від ставлення V/R3;

V - об'єм краплі.

Використання цієї формули для розрахунків дозволяє визначати поверхневий натяг з точноcтью 0,1-0,2%.

У таблиці 1 показані значення поправок F для різних V/R3. З таблиці випливає, що насправді утворюється крапля меншого розміру, ніж це передбачає попередня формула (1). Таким чином, розрахунки радіусу з розчину з відомим поверхневим натягом дають значення на 40% менше дійсного розміру піпетки.

Таблиця 1.        

V/R3         

F         

V/R3         

F         

V/R3         

F             

58,1         

0,215         

2,3414         

0,2635         

0,816                      

24,6         

0,2256         

2,0929         

0,26452         

0,771         

0,2534             

17,7         

0,2305         

1,8839         

0,26522         

0,729         

0,2517             

13,28         

0,23522         

1,7062         

0,26562         

0,692         

0,2499             

10,29         

0,23976         

1,5545         

0,26566         

0,658         

0,2482             

8,19         

0,24398         

1,4235         

0,26544         

0,626         

0,2664             

6,662         

0,24786         

1,3096         

0,26495         

0,597         

0,2445             

5,522         

0,25135         

1,2109         

0,26407         

0,57         

0,243             

4,653         

0,25419         

1,124         

0,2632         

0,541         

0,243             

3,975         

0,25661         

1,048         

0,261         

0,512         

0,2441             

3,433         

0,25874         

0,98         

0,2602         

0,483         

0,246             

2,995         

0,26065         

0,912         

0,2585         

0,455         

0,2491             

2,637         

0,26224         

0,865         

0,257         

0,428         

0,2526     

Розрахунки за формулою (2) також припускають 2 етапи досліджень. На першому етапі визначається радіус піпетки по стандартному розчину, а на другому - вимірювання поверхневого натягу досліджуваної проби. Розрахунки за визначенням радіусу піпетки ускладнюється поправкою F, яка залежить від V/R3. Труднощі полягає в тому, що у формулі (2) радіус фігурує в 2-х місцях. Обчислювати його аналітичним шляхом досить складно. У зв'язку з цим краще знати дійсні геометричні розміри піпетки, попередньо виміряні мікрометрів. Зміряний радіус слід використовувати тільки для обчислення поправки F. Таким чином, радіус за формулою (2) обчислюється досить просто:        

R =   mg/2p s стF, де         

(3)     

s ст -- поверхневий натяг стандартного розчину.

При обчисленнях поверхневого натягу досліджуваного розчину застосовується той же принцип: радіус, виміряний мікрометрів, застосовується тільки для обчислення поправки.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.novedu.ru/