Сұйықтың беткі қабатының қасиеттері. Жұғу, капилярлық құбылыстар. Физика, 10 сынып, дидактикалық материал.

Аты-жөні_____________________________________сыныбы_______ Күні______

Зертханалық жұмыс «СҰЙЫҚТЫҢ БЕТТІК КЕРІЛУ КОЭФФИЦИЕНТІН ӨЛШЕУ»

Жұмыс мақсаты: беттік керілу құбылысын зерттеу; тәжірибе түрінде судың беттік керілу коэффициентін тұзақ және тамшы үзілу тәсілі арқылы анықтау.

Құрал-жабдықтар: ДПН типті динамометр; фронталды жұмыс үшін штатив; дистилденген су; миллиметрлік бөліктері бар 30 см өлшегіш сызғыш.

Мазмұны мен жұмысты орындау тәсілі

 Тепе-теңдік күйінде сұйықтың еркін беті минимумға ұмтылады.

1-сурет

 Жұқа L қабат пайда болу кезінде (1-сурет) сұйық беті шегі бойымен беттік керілу күші F әсер етеді

F=2 σ l

(1)

мұндағы σ- беттік керілу; 2 көбейткішінің болу себебі, қабаттың екі беті бар.

Осыдан

 (2)

 Беттік керілу күші модулі F ДПН типті сезгіш динамометрмен, ал сым тұзағы еніне тең қабат енін өлшегіш сызғышпен өлшейді. ДПН типті динамометр (2-сурет) ашық қысқышы 7 бар түзу ұшты өлшегіш серіппе 5 бар корпустан 3. Қысқыш тұзақты 8 динамометрдің өлшегіш серіппесімен жалғау үшін қажет. Өлшегіш серіппе шкаласында мәндерді өлшеу үшін стрелка 6 бар. Зерттелетін сұйық шыны ыдысқа 9 құйылады.

2-сурет

 Беттік керілуді өлшеу үшін сым тұзақты сұйыққа толықтай батырады, содан соң, баяу сұйықтан шығарады. Сол кезде тұзақта қабат пайда болады. Динамометр серіппесінің серпімділік күші модулі бойынша беттік керілу F күшіне теңескен кезде, қабат жарылады.

 Беттік керілудің күштік сипаттамасы: сұйықтың беттік керілу коэффициенті σ сандық мәні бойынша фазалар бөлігі сызығы ұзынды бірлігіне әсер ететін күшке тең. Сұйықтың бетінің ауданы кішірейтуге ұмтылу қасиеті сұйықтың аз көлемі шарға жақын пішінді қабылдайды. Бұл жағдайда тамшыға әсер ететін ауырлық күші аз және тамшы пішіні беттік энергиямен анықталады. Салмақсыздық күйінде тамшылардың шартәрізді пішіні осымен түсіндіріледі. 2-суретте үзілу кезіндегі су тамшысы бейнеленген.

Сурет 2.

 Тамшы үзілер алдында радиусы түтік радиусынан кіші мойынша пайда болады. Бұл мойынша айналасында жоғары бағытталған Fσ беттік керілу күші әсер етеді, үзілер мезетте ауырлық күшіне тең. Егер мойынша радиусы r = R, онда Fσ =2πRσ = m₁g, мұндағы m₁- сұйықтың бір тамшысының массасы. Сұйықтың бір тамшысының массасын біле отырып, σ анықтауға болады: σ = m₁g/2πR.

 Штатифте краны бар жіңішке түтік (пипетка) сумен толтырылып, орнатылған. Түтік ұшының радиусы R= 0.7 мм. Сонымен қатар тамшыларды жинауға арнлаған ыдыс және электронды таразы бар.

Жұмыс орындау тәртібі

Тапсырма 1. Тұзақ үзілуі әдісі арқылы судың беттік керілуін өлшеу

•  ДПН динамометрі құрылысын зерттеңдер.
•  Өлшеу жүргізуге құралды дайындаңдар. Ол үшін ашық ашық қысқышқа 7 тұзақты 8 іліңдер (2-суретті). Орнатқыш винтті 1 ұстап тұрып, жапқыш винтті 2 бұрыңдар. Стақанды бұрып 4 және винттің 1 басын басып, динамометр стрелкасын шкаланың нөлдік бөлігіне қойыңдар. Тоқтақыш винтті бұрыңдар.
•  Ыдысқа 9 дистилденген су құйыңдар және оны тіреуішке 10 орнатыңдар. Ұстағыш винтін 11 бұрып, тұзақ суға толық бататындай етіп, ыдысты көтеріңдер.
•  Суы ба ыдысты баяу түсіріңдер. Ол үшін ұстағыш винтін 11 тұзақтан созылған сұйық үзілгенше дейін бұраңдар. Динамометр шкаласы арқылы қабаттың үзілу күшін байқаңдар.
•  Беттік керілуді формула (2) арқылы есептеңдер.

•  Өлшеулерді үш рет қайталаңдар. Беттік керілудің орташа мәнін есептеңдер.

Тапсырма 2. Тамшыларды үзу тәсілі арқылы судың беттік керілу коэффициентін анықтау

• Тамшыны жинауға арналаған бос ыдысты электронды таразы арқылы массасын өлшеңдер; алынған масса m₀ мәнін 1-кестеге жазыңдар(ыдыста су болмағандығына көз жеткізіңдер).
• Кранды ашу арқылы, сұйықтың ағуы кезінде (басқа ыдысқа) жеке тамшылар үзілуініне қол жеткізіңдер.
• Тамшына жинауға арналған ыдысты қойып, оған N тамшы тамызыңдар. Су тамшылар бір-бірімен бірігіп ақпауы қажет. Тамшылар саны кестеде берілген (өзгертуге болады).
• Электронды таразыда массасы m суы бар ыдысты өлшеңдер. Мәнін кестеге жазыңдар.
• Өлшеген соң, суды төгіп тастау, ыдысты құрғату қажет.
• 2-5 пунктерін берілген N мәні үшін орындаңдар.

Кесте

Өлшеу нәтижелерін сараптау.

 1. Әр N (тамшы саны) үшін N тамшылар массасын табыңдар. Ол үшін суы бар ыдыс масссасынан бос ыдыс массасын азацту қажет: mN =m - m₀. Мәндерді кестеге жазыңдар.

 2. Әр N үшін бір тамшы массасын есептеңдер: m₁ = mN/N. Мәндерді кестеге жазыңдар.

 3. Үзілер алдындағы тамшы мойнының шеңбер ұзындығына L=2πR тең фазалар бөлігі шекарасының ұзындығын есептеңдер. Мойын радиусы r түтіктің ұшының ішкі радиусына тең деп есептейміз R = 0,7мм.

4. Формула бойынша әр жағдай үшін сұйықтың беттік керілу коэффициентін σ есептеңдер. Есептеулерді ХБЖ-да жүргізіңдер. Мәндерді кестеге жазыңдар.

 5. σ_орт орташа мәнін анықтаңдар.

Бақылау сұрақтары

•  Сұйықтың беттік керілуі дегеніміз не?
•  Неліктен (2) формулада 2 көбейткіші бар?
•  Судың беттік керілу күші модулін өлшеу неліктен түзусызықты бөлікпен емес, П-типті пішінге ие тұзақ арқылы өткізілді?
• Беттік керілу коэффициенті қандай факторларға тәуелді?
• Беттік-белсенді заттар деген не? Олардың қолданылуына мысалдар келтіріңдер.
• Неліктен сыртқы күштер әсер етпегенде, сұйық тамшысының пішіні сфера тәрізді? Түсіндіріңдер.
• Капиллярлық құбылыстар деген не? Жұғу кезінде капиллярлардағы сұйық деңгейінің көтерілу құбылысын түсіндіріңдер. Көтерілу биіктігі немен анықталады?