Πώς να μετρήσετε την επιφανειακή τάση

Περιεχόμενο

Βήματα
Μέθοδος 1 από 3: Χρήση βραχίονα
Μέθοδος 2 από 3: Με τριχοειδή δράση
Μέθοδος 3 από 3: Πώς να προσδιορίσετε τη σχετική τάση επιφάνειας χρησιμοποιώντας ένα νόμισμα
Τι χρειάζεσαι

Η επιφανειακή τάση περιγράφει την ικανότητα ενός ρευστού να αντιστέκεται στη βαρύτητα. Για παράδειγμα, το νερό σε μια επιτραπέζια επιφάνεια σχηματίζει σταγονίδια καθώς τα μόρια του νερού έλκονται μεταξύ τους, γεγονός που αντισταθμίζει τη βαρύτητα. Οφείλεται στην επιφανειακή τάση ότι βαρύτερα αντικείμενα, όπως έντομα, μπορούν να συγκρατηθούν στην επιφάνεια του νερού. Η επιφανειακή τάση μετριέται σε δύναμη (Ν) διαιρούμενη με μονάδα μήκους (m), ή ενέργεια ανά μονάδα εμβαδού. Η δύναμη με την οποία αλληλεπιδρούν τα μόρια του νερού (συνεκτική δύναμη) δημιουργεί ένταση, με αποτέλεσμα σταγονίδια νερού (ή άλλων υγρών). Η επιφανειακή τάση μπορεί να μετρηθεί με μερικά απλά αντικείμενα που βρίσκονται σχεδόν σε κάθε σπίτι και μια αριθμομηχανή.

Βήματα

Μέθοδος 1 από 3: Χρήση βραχίονα

1 Γράψτε την εξίσωση για την επιφανειακή τάση. Σε αυτό το πείραμα, η εξίσωση για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης έχει ως εξής: F = 2Sd, όπου φά - δύναμη σε Newtons (N), μικρό - επιφανειακή τάση σε Newtons ανά μέτρο (N / m), ρε είναι το μήκος της βελόνας που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα. Ας εκφράσουμε την επιφανειακή τάση από αυτήν την εξίσωση: S = F / 2d.
- Η δύναμη θα υπολογιστεί στο τέλος του πειράματος.
- Πριν ξεκινήσετε το πείραμα, χρησιμοποιήστε έναν χάρακα για να μετρήσετε το μήκος της βελόνας σε μέτρα.
2 Φτιάξτε ένα μικρό βραχίονα. Αυτό το πείραμα χρησιμοποιεί έναν βραχίονα και μια μικρή βελόνα που επιπλέει στην επιφάνεια του νερού για να προσδιορίσει την επιφανειακή τάση.Είναι απαραίτητο να εξετάσουμε προσεκτικά την κατασκευή του βραχίονα, καθώς η ακρίβεια του αποτελέσματος εξαρτάται από αυτό. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε διάφορα υλικά, το κύριο πράγμα είναι να φτιάξετε μια οριζόντια ράβδο από κάτι σκληρό: ξύλο, πλαστικό ή χοντρό χαρτόνι.
- Προσδιορίστε το κέντρο της ράβδου (για παράδειγμα, ένα καλαμάκι ή πλαστικό χάρακα) που πρόκειται να χρησιμοποιήσετε ως εγκάρσια ράβδο και τρυπήστε ή ανοίξτε μια τρύπα σε αυτό το μέρος. αυτό θα είναι το στήριγμα της εγκάρσιας ράβδου, στην οποία θα περιστρέφεται ελεύθερα. Εάν χρησιμοποιείτε πλαστικό καλαμάκι, απλά τρυπήστε το με καρφίτσα ή καρφί.
- Τρυπήστε ή ανοίξτε τρύπες στα άκρα της εγκάρσιας δοκού έτσι ώστε να απέχουν εξίσου από το κέντρο. Περάστε τα νήματα μέσα από τις τρύπες για να κρεμάσετε το κύπελλο και τη βελόνα βάρους.
- Εάν είναι απαραίτητο, στηρίξτε τη δοκό με βιβλία ή άλλα αρκετά σκληρά αντικείμενα για να διατηρήσετε τη δέσμη οριζόντια. Είναι απαραίτητο η εγκάρσια ράβδος να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από ένα καρφί ή ράβδο κολλημένο στη μέση του.
3 Πάρτε ένα κομμάτι αλουμινόχαρτο και τυλίξτε το σε σχήμα κουτιού ή πιατάκι. Δεν είναι καθόλου απαραίτητο αυτό το πιατάκι να έχει κανονικό τετράγωνο ή στρογγυλό σχήμα. Θα το γεμίσετε με νερό ή κάποιο άλλο βάρος, οπότε βεβαιωθείτε ότι μπορεί να αντέξει το βάρος.
- Κρεμάστε ένα κουτί από αλουμινόχαρτο ή ένα πιατάκι από τη μία άκρη της μπάρας. Κάντε μικρές τρύπες κατά μήκος των άκρων του πιατακιού και περάστε τις μέσα, έτσι ώστε το πιατάκι να κρέμεται από τη ράβδο.
4 Κρεμάστε μια βελόνα ή ένα συνδετήρα από το άλλο άκρο της ράβδου έτσι ώστε να είναι οριζόντια. Δέστε μια βελόνα ή ένα συνδετήρα οριζόντια στο νήμα που κρέμεται από την άλλη άκρη της ράβδου. Για να είναι επιτυχές το πείραμα, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε τη βελόνα ή το συνδετήρα ακριβώς οριζόντια.
5 Τοποθετήστε κάτι στη ράβδο, όπως πλαστελίνη, για να εξισορροπήσετε το δοχείο αλουμινόχαρτου. Πριν ξεκινήσετε το πείραμα, είναι απαραίτητο να διασφαλίσετε ότι η εγκάρσια γραμμή βρίσκεται οριζόντια. Το πιατάκι αλουμινόχαρτου είναι βαρύτερο από τη βελόνα, οπότε η ράβδος στο πλάι του πιατάκι θα πέσει κάτω. Συνδέστε αρκετή πλαστελίνη στην αντίθετη πλευρά της ράβδου έτσι ώστε να είναι οριζόντια.
- Αυτό ονομάζεται εξισορρόπηση.
6 Τοποθετήστε την κρεμαστή βελόνα ή το συνδετήρα σε ένα δοχείο με νερό. Αυτό το βήμα θα απαιτήσει πρόσθετη προσπάθεια για να τοποθετήσετε τη βελόνα στην επιφάνεια του νερού. Βεβαιωθείτε ότι η βελόνα δεν βυθίζεται στο νερό. Γεμίστε ένα δοχείο με νερό (ή άλλο υγρό άγνωστης επιφανειακής τάσης) και τοποθετήστε το κάτω από την κρεμαστή βελόνα, έτσι ώστε η βελόνα να βρίσκεται απευθείας στην επιφάνεια του υγρού.
- Βεβαιωθείτε ότι το σχοινί που συγκρατεί τη βελόνα παραμένει στη θέση του και είναι αρκετά σφιχτό.
7 Ζυγίστε μερικές καρφίτσες ή μια μικρή ποσότητα μετρημένων σταγόνων νερού σε μικρή κλίμακα. Θα προσθέσετε μια καρφίτσα ή μια σταγόνα νερό στο πιατάκι αλουμινίου στο ροκ. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το ακριβές βάρος στο οποίο η βελόνα θα βγει από την επιφάνεια του νερού.
- Μετρήστε τον αριθμό των καρφιτσών ή των σταγονιδίων νερού και ζυγίστε τους.
- Προσδιορίστε το βάρος μιας καρφίτσας ή μιας σταγόνας νερού. Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε το συνολικό βάρος με τον αριθμό των πείρων ή των σταγόνων.
- Ας υποθέσουμε ότι 30 καρφίτσες ζυγίζουν 15 γραμμάρια, στη συνέχεια 15/30 = 0,5, δηλαδή, μία καρφίτσα ζυγίζει 0,5 γραμμάρια.
8 Προσθέστε καρφίτσες ή σταγονίδια νερού ένα κάθε φορά σε πιατάκι αλουμινόχαρτου μέχρι η βελόνα να βγει από την επιφάνεια του νερού. Προσθέστε μια καρφίτσα ή μια σταγόνα νερό σταδιακά. Παρακολουθήστε τη βελόνα προσεκτικά για να μην χάσετε τη στιγμή που, μετά την επόμενη αύξηση του βάρους, θα βγει από το νερό. Μόλις η βελόνα βγει από την επιφάνεια του υγρού, σταματήστε να προσθέτετε καρφίτσες ή σταγονίδια νερού.
- Μετρήστε τον αριθμό των καρφιτσών ή των σταγονιδίων νερού που προκάλεσαν τη βελόνα στο αντίθετο άκρο της ράβδου να βγει από την επιφάνεια του νερού.
- Γράψτε το αποτέλεσμα.
- Επαναλάβετε το πείραμα αρκετές (5 ή 6) φορές για να έχετε πιο ακριβή αποτελέσματα.
- Υπολογίστε τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν. Για να το κάνετε αυτό, προσθέστε τον αριθμό καρφιτσών ή πτώσεων σε όλα τα πειράματα και διαιρέστε το σύνολο με τον αριθμό των πειραμάτων.
9 Μετατρέψτε τον αριθμό των ακίδων σε δύναμη. Για να το κάνετε αυτό, πολλαπλασιάστε τον αριθμό γραμμαρίων με 0,00981 N / g. Για να υπολογίσετε την επιφανειακή τάση, πρέπει να γνωρίζετε τη δύναμη που απαιτείται για να σηκώσετε τη βελόνα από την επιφάνεια του νερού. Δεδομένου ότι μετρήσατε το βάρος των πείρων στο προηγούμενο βήμα για να προσδιορίσετε τη δύναμη, απλά πρέπει να πολλαπλασιάσετε αυτό το βάρος με 0,00981 N / g.
- Πολλαπλασιάστε τον αριθμό των πείρων στο πιατάκι με το βάρος ενός πείρου. Για παράδειγμα, αν βάλετε 5 ακίδες το καθένα που ζυγίζει 0,5 γραμμάρια, το συνολικό βάρος τους είναι 0,5 γραμμάρια / καρφίτσα = 5 x 0,5 = 2,5 γραμμάρια.
- Πολλαπλασιάστε τον αριθμό των γραμμαρίων με συντελεστή 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 Ν.
10 Συνδέστε αυτές τις τιμές στην εξίσωση και βρείτε την τιμή που ψάχνετε. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται κατά τη διάρκεια του πειράματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης. Απλώς συνδέστε τις τιμές που βρίσκετε και υπολογίστε το αποτέλεσμα.
- Ας πούμε στο παραπάνω παράδειγμα, το μήκος της βελόνας είναι 0,025 μέτρα. Αντικαθιστώντας τις τιμές στην εξίσωση και παίρνουμε: S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m Έτσι, η επιφανειακή τάση του υγρού είναι 0,05 N / m.

Μέθοδος 2 από 3: Με τριχοειδή δράση

1 Μάθετε για το τριχοειδές φαινόμενο. Για να κατανοήσουμε τα τριχοειδή φαινόμενα, πρέπει πρώτα να εξοικειωθούμε με τις δυνάμεις πρόσφυσης και συνοχής. Η πρόσφυση προκαλεί το υγρό να κολλήσει σε μια σκληρή επιφάνεια όπως το γυαλί. Λόγω της δύναμης της συνοχής, τα μόρια του υγρού έλκονται μεταξύ τους Η συνδυασμένη δράση των δυνάμεων πρόσφυσης και συνοχής προκαλεί την ανύψωση του υγρού σε λεπτούς σωλήνες.
- Από το ύψος της ανόδου του υγρού στον σωλήνα, μπορεί να υπολογιστεί η επιφανειακή τάση αυτού του υγρού.
- Οι συνεκτικές δυνάμεις οδηγούν στο σχηματισμό φυσαλίδων και σταγονιδίων στην επιφάνεια. Όταν ένα υγρό έρχεται σε επαφή με τον αέρα, τα μόρια του υγρού έλκονται μεταξύ τους, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας φυσαλίδας.
- Η πρόσφυση οδηγεί στο σχηματισμό μηνίσκου, ο οποίος είναι αισθητός στα σημεία επαφής του υγρού με τα τοιχώματα του γυαλιού. Το κοίλο σχήμα του μηνίσκου είναι ορατό με γυμνό μάτι.
- Ένα παράδειγμα τριχοειδούς φαινομένου είναι η ανύψωση ενός υγρού σε ένα καλαμάκι που τοποθετείται σε ένα ποτήρι νερό.
2 Γράψτε την εξίσωση για τον προσδιορισμό της επιφανειακής τάσης. Η επιφανειακή τάση υπολογίζεται ως εξής: S = (ρhga / 2), όπου μικρό - επιφανειακή τάση, ρ - πυκνότητα του υπό διερεύνηση υγρού, η - το ύψος της ανόδου του υγρού στο σωλήνα, σολ - επιτάχυνση της βαρύτητας λόγω της βαρύτητας που δρα στο υγρό (9,8 m / s), ένα είναι η ακτίνα του τριχοειδούς σωλήνα.
- Όταν αντικαθιστάτε δεδομένα σε αυτήν την εξίσωση, βεβαιωθείτε ότι εκφράζονται σε μετρικές μονάδες: πυκνότητα σε kg / m, ύψος και ακτίνα σε μέτρα, επιτάχυνση λόγω βαρύτητας σε m / s.
- Εάν η πυκνότητα του υγρού δεν έχει δοθεί εκ των προτέρων, μπορεί να βρεθεί στο εγχειρίδιο ή να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο πυκνότητα = μάζα / όγκος.
- Η επιφανειακή τάση μετριέται σε newtons ανά μέτρο (N / m). Ο Νεύτωνας είναι ίσος με 1 κιλό * m / s. Για να καθορίσετε ανεξάρτητα τις μονάδες μέτρησης, απλώς αντικαταστήστε τις στην εξίσωση, χωρίς αριθμητικές τιμές: S = kg / m * m * m / s * m. Εάν μειώσουμε δύο μέτρα στον αριθμητή και τον παρονομαστή, παίρνουμε 1 kg * m / s / m, δηλαδή 1 N / m
3 Ρίξτε υγρό άγνωστης επιφανειακής τάσης στο δοχείο. Πάρτε ένα ρηχό πιάτο ή μπολ και ρίξτε το υγρό σε αυτό, έτσι ώστε να καλύπτει τον πάτο κατά 2 έως 3 εκατοστά. Η ποσότητα του υγρού δεν έχει σημασία, το κυριότερο είναι ότι είναι σαφώς ορατό πόσο θα ανέβει στον τριχοειδή σωλήνα.
- Εάν πρόκειται να πειραματιστείτε με διαφορετικά υγρά, καθαρίστε και στεγνώστε καλά το πιάτο πριν ρίξετε διαφορετικό υγρό σε αυτό ή χρησιμοποιήστε διαφορετικό δοχείο κάθε φορά.
4 Βυθίστε έναν καθαρό, λεπτό σωλήνα στο υγρό. Από το ύψος της ανόδου του ρευστού σε αυτόν τον σωλήνα, θα καθορίσετε την επιφανειακή τάση.Κρατήστε το σωλήνα καθαρό, ώστε να δείτε καθαρά πόσο ψηλά θα ανέβει το υγρό πάνω από το επίπεδο του στο πιάτο. Επιπλέον, ο σωλήνας πρέπει να έχει σταθερή ακτίνα.
- Για να μετρήσετε την ακτίνα, απλώς τοποθετήστε έναν χάρακα στην κορυφή του σωλήνα και καθορίστε τη διάμετρο. Στη συνέχεια διαιρέστε τη διάμετρο με 2 και θα βρείτε την ακτίνα.
5 Μετρήστε το ύψος που το υγρό έχει ανέβει πάνω από το επίπεδο του στην πλάκα. Μετακινήστε την άκρη του χάρακα στην επιφάνεια του υγρού στο δίσκο και καθορίστε πόσο ψηλά έχει ανέβει το υγρό στο σωλήνα. Το νερό στον σωλήνα ανεβαίνει επειδή η δύναμη ανύψωσης της επιφανειακής τάσης υπερβαίνει τη δύναμη έλξης της βαρύτητας.
6 Συνδέστε αυτές τις τιμές στην εξίσωση και κάντε τους υπολογισμούς. Αφού προσδιορίσετε όλες τις απαιτούμενες τιμές, συνδέστε τις στην εξίσωση και βρείτε την επιφανειακή τάση. Βεβαιωθείτε ότι έχετε μετατρέψει όλες τις τιμές σε μονάδες μέτρησης για να έχετε το σωστό αποτέλεσμα.
- Ας υποθέσουμε ότι μετράμε την επιφανειακή τάση του νερού. Η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 1 kg / m3 (σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιούμε κατά προσέγγιση τιμές). Η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας είναι 9,8 m / s. Αφήστε την ακτίνα του σωλήνα να είναι 0,029 m, και το νερό έχει ανέβει σε ύψος 0,5 m. Ποια είναι η επιφανειακή τάση του νερού;
- Αντικαταστήστε τις ληφθείσες τιμές στην εξίσωση και πάρτε: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Μέθοδος 3 από 3: Πώς να προσδιορίσετε τη σχετική τάση επιφάνειας χρησιμοποιώντας ένα νόμισμα

1 Συλλέξτε όλα όσα χρειάζεστε. Για αυτό το πείραμα, θα χρειαστείτε ένα σταγονόμετρο, ένα στεγνό νόμισμα, νερό, ένα μικρό μπολ, υγρό πιάτων, φυτικό έλαιο και μια πετσέτα. Όλα αυτά μπορείτε να τα βρείτε στο σπίτι ή να τα αγοράσετε στο τοπικό σας κατάστημα. Μπορείτε να το κάνετε χωρίς σαπούνι πιάτων και φυτικό έλαιο, αλλά θα χρειαστείτε μερικά διαφορετικά υγρά για σύγκριση.
- Βεβαιωθείτε ότι το νόμισμα είναι καθαρό και στεγνό πριν ξεκινήσετε το πείραμα. Εάν χρησιμοποιείτε ένα υγρό νόμισμα, θα έχετε ανακριβή αποτελέσματα.
- Αυτό το πείραμα δεν επιτρέπει τον υπολογισμό της επιφανειακής τάσης · μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για τη σύγκριση της επιφανειακής τάσης διαφορετικών υγρών.
2 Ρίξτε μια σταγόνα υγρού κάθε φορά στην επιφάνεια του νομίσματος. Τοποθετήστε το νόμισμα σε μια πετσέτα ή άλλη επιφάνεια που είναι ασφαλές να βραχεί. Πάρτε το πρώτο υγρό στην πιπέτα και, στη συνέχεια, εφαρμόστε αργά μία σταγόνα στο νόμισμα. Όταν το κάνετε αυτό, μετρήστε τις σταγόνες. Συνεχίστε μέχρι να χυθεί υγρό έξω από το νόμισμα.
- Καταγράψτε πόσες σταγόνες χρειάστηκαν για να χυθεί το υγρό έξω από το νόμισμα.
3 Επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία με διαφορετικά υγρά. Καθαρίζετε και στεγνώνετε το νόμισμα κάθε φορά που αλλάζετε υγρό. Επίσης στεγνώστε την επιφάνεια στην οποία τοποθετείτε το νόμισμα. Χρησιμοποιήστε διαφορετικές πιπέτες ή καθαρίστε την πιπέτα πριν από ένα νέο πείραμα.
- Προσπαθήστε να προσθέσετε λίγο σαπούνι πιάτων στο νερό, στη συνέχεια στάξτε νερό σε ένα νόμισμα και δείτε αν αλλάζει η επιφανειακή τάση.
4 Συγκρίνετε τον αριθμό των σταγόνων που απαιτούνται για διαφορετικά υγρά για να γεμίσετε ένα νόμισμα. Δοκιμάστε να επαναλάβετε το πείραμα με το ίδιο υγρό αρκετές φορές για να δείτε αν τα αποτελέσματα είναι ακριβή. Μέσος όρος των αποτελεσμάτων: Προσθέστε τον αριθμό πτώσεων σε διαφορετικά πειράματα και διαιρέστε το σύνολο με τον αριθμό των πειραμάτων. Γράψτε πόσες σταγόνες χρειάστηκαν για να γεμίσουν το νόμισμα τα διάφορα υγρά.
- Όσο περισσότερες σταγόνες ενός δεδομένου υγρού απαιτούνται για να γεμίσει ένα νόμισμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιφανειακή τάση αυτού του υγρού.
- Το απορρυπαντικό πιάτων μειώνει την επιφανειακή τάση του νερού. προσθέτοντας θα χρειαστούν λιγότερες σταγόνες για να γεμίσει το νόμισμα.