Капиллярный метод

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2. Основной её элемент – капилляр 2, опущенный одним концом в пробирку 1 с исследуемой жидкостью, которая его смачивает. Поворачивая трёхходовой кран 3, можно позволить воздуху в капилляре сообщаться либо с атмосферой, либо с сильфоном 4 и открытым водяным манометром 5. Когда давление воздуха в капилляре равно атмосферному, исследуемая жидкость в нём поднимается на некоторую высоту h над поверхностью в пробирке, образуя вогнутый мениск. Создавая при помощи сильфона 4 над мениском избыточное по сравнению с атмосферным давление, измеряемое манометром 5, можно добиться того, что уровни жидкости в капилляре 2 и пробирке 1 сравняются. Тогда лапласово давление и давление воздуха над мениском равны, то есть

, (3)

где d – диаметр капилляра, H – разность уровней в коленах манометра,

– плотность манометрической жидкости.

Величина является постоянной для данной установки, поэтому, вычислив её, можно найти по формуле

(4)

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Измерительным микроскопом определить внутренний диаметр капилляра восемь раз, поворачивая окуляр микроскопа со шкалой. Записать данные измерений в табл.1.

Таблица 1

№ опыта									среднее
d, мм	1,49	1,48	1,46	1,46	1,46	1,46	1,48	1,48	1,471

Определить средний диаметр капилляра. Он будет равен d=1,471×10^{-3 м.}

2. Вычислить постоянную К и её абсолютную погрешность.

Плотность манометрической жидкости берется из табличных данных для воды при температуре 20 ⁰С. Она равна =998,23 кг/м³.

Ускорение свободного падения: g=9,81 м/с².

Рассчитать значение коэффициента К для данного прибора:

Определим абсолютную погрешность измерений диаметра капилляра (табл.2).

Таблица 2

№									среднее
d, мм	1,49	1,48	1,46	1,46	1,46	1,46	1,48	1,48	1,471
	0,019	0,009	0,011	0,011	0,011	0,011	0,009	0,009	0,09

Таким образом абсолютная погрешность измерений диаметра капилляра составляет .

3. Нижний конец капилляра опустить в стакан с исследуемым раствором, как показано на рис. 2.

4. Повернуть кран 3 так, чтобы капилляр сообщался с атмосферой. Под действие поверхностного натяжения уровень жидкости в капилляре поднимется на уровень h.

5. Соединить краном 3 капилляр с манометром и с помощью сильфона выровнять уровни жидкости в пробирке и в капилляре. Отсчитать разность уровней жидкости в коленах манометра H в м.

6. Повторить измерения 10 раз. Записать данные в табл.3.

Таблица 3

№ опыта	H, м
	0,027	0,07025	0,0
	0,029	0,07546	-0,00521
	0,025	0,06505	0,0052
	0,027	0,07025	0,0
	0,028	0,07286	-0,00261
	0,027	0,07025	0,0
	0,027	0,07025	0,0
	0,026	0,06765	0,0026
	0,027	0,07025	0,0
	0,027	0,07025	0,0
	среднее	=0,07025

6. Вычислить по формуле (4) коэффициент , найти его абсолютную и относительную погрешности.

Абсолютное значение определяется с учетом коэффициента Стьюдента при 95% значимости по формуле

Относительная погрешность составит

8. Повторить все измерения для спирта и раствора поваренной соли. Сравнить найденные значения коэффициентов поверхностного натяжения с табличными.