WŁAŚCIWOŚCI CIECZY I CIAŁ STAŁYCH

Transkrypt

1 Ćwiczenie nr 5 WŁAŚCIWOŚCI CIECZY I CIAŁ STAŁYCH 1. Cel ćwiczenia: Cele zadania jest zapoznanie się z etodai poiarów gęstości ateriałów i napięcia powierzchniowego w cieczach. 2. Zagadnienia do przygotowania 1. Gęstość ateriałów - rzeczywista, pozorna, gęstość względna 4. Prawo Archiedesa 5. Wilgotność- poiary 6. Masa i ciężar ciała, ciężar właściwy 7. Mechanizy zjawisk powierzchniowych w cieczach: napięcie powierzchniowe, enisk, włoskowatość, prawo Laplace'a, ciśnienie pod zakrzywioną powierzchnią. 8. Ciecze zwilżające i niezwilżające, oddziaływanie iędzycząsteczkowe (spójność, przyleganie). 9. Zależność napięcia powierzchniowego od teperatury. 10.Metody poiaru napięcia powierzchniowego: stalagoetryczna, wzniesienia włoskowatego. 3. Przebieg doświadczenia 1. Poiar gęstości cieczy i ciał stałych a. Metoda równowagi ciśnień statycznych jest przydatna w przypadku wyznaczania gęstości cieczy nieieszającej się z cieczą o znanej gęstości. i. Do U-rurki naleway wodę destylowaną do około 2/5 wysokości. ii. Powoli, po ściance doleway parafinę tak, aby nie przelać cieczy. iii. Według załączonego scheatu odczytujey wartości h 1 i h 2. W oparciu o znaną gęstość wody (ρ 1) obliczay gęstość parafiny (ρ 2): = h h b. Poiar gęstości cieczy areoetre. Działanie areoetru bazuje na prawie Archiedesa. Zanurz areoetr w cylindrze z wodą, z NaCl i z gliceryną i odczytaj wskazanie - w iejscu przecięcia skali areoetru przez pozio cieczy. c. Metoda piknoetryczna pozwala na wyznaczenie gęstości względnej dowolnej substancji. W wariancie wykonywany na ćwiczeniach piknoetr stanowić będzie kolba ze szlifowany korkie a obliczenia będą wykonywane w oparciu o znaną gęstość wody. Ćwiczenie 5-1 -

2 iv. Należy wyznaczyć asę ( ow) pustej, suchej kolbki wraz z korkie. v. Następnie napełnić ją po brzegi wodą i wkładać ostrożnie korek tak by nadiar wody wypłynął w czasie jego wkładania. Jeżeli w okolicy korka są pęcherzyki powietrza czynność należy powtórzyć. vi. Wyznaczyć asę kolbki z wodą ( w). vii. Opróżnić kolbkę i ponownie zważyć ( oc). viii. Napełnić kolbkę roztwore NaCl tak jak powyżej. ix. Wyznaczyć asę kolbki z cieczą ( C). Wiedząc, że objętość obu próbek była identyczna wyznaczyć gęstość względną roztworu NaCl korzystając z zależności: = Obliczyć gęstość bezwzględną roztworu w oparciu o gęstość wody. d. Poiar gęstości za poocą dynaoetru stosuje się w przypadku ciał stałych. W poiarze ty korzysta się z prawa Archiedesa. x. Układ doświadczalny składa się z dynaoetru, zlewki wypełnionej wodą destylowaną (ρ w=1g/c 3 ) oraz sześcianów wykonanych z następujących etali: ołowiu, iedzi i glinu. xi. Sześciany zawieszay kolejno na haczyku dynaoetru i odczytujey ciężar każdego z nich w powietrzu (G), a następnie po zanurzeniu w wodzie (G w). Korzystając z prawa Archiedesa i z definicji gęstości obliczay ciężar właściwy etali: ρ = Wiedząc, że ciężar właściwy jest równy iloczynowi gęstości i przyspieszenia zieskiego obliczay gęstość etali. 2. Poiar napięcia powierzchniowego cieczy W ćwiczeniu wykorzystane zostaną: 1. Dwie badane ciecze- woda i gliceryna 2. Kapilary 3. Szalki Petriego 4. Stalagoetr - pionowa rurka z kulisty zbiornikie zakończona kapilarą Wypadkową siłę napięcia powierzchniowego ierzyy pośrednio, ierząc ciężar kropli cieczy odrywającej się od kapilary (etoda stalagoetryczna) lub wysokość słupka cieczy wypełniającej kapilarę (etoda wzniesienia włoskowatego). Ćwiczenie 5-2 -

3 a. Poiar napięcia powierzchniowego etodą wzniesienia włoskowatego W celu wykonania poiaru napięcia powierzchniowego etodą wzniesienia włoskowatego należy: 1. Wodę i glicerynę nalać do ałych szalek Petriego. 2. Zanurzyć kapilarę pionowo inialnie do wody głębokość zanurzenia powinna być w przybliżeniu równa 0, trzyać kapilarę w tej pozycji do oentu ustalenia się słupka wody w kapilarze. 3. Wyjąć kapilarę i zierzyć wysokość słupka (h). 4. Czynność 1-3 powtórzyć 5 razy. Te sae czynności powtórzyć z gliceryną. 5. Wyniki zebrać w tabeli Wysokość słupka cieczy [] Lp. Woda 6. Zużyte kapilary należy składać do osobnego pojenika. 7. Zanotować wartość teperatury otoczenia. Opracowanie wyników 1. Obliczyć średnią wysokość słupka wody i średnią wysokość słupka gliceryny w kapilarze; 2. Otrzyane wartości podstawić do wzoru (Wyprowadzić jednostkę!): = 1 2 r gh ρ wody = kg/ 3, ρ cieczy = 1260 kg/ 3 w tep. = 20 o C, proień rurki = 0.7, g - przyspieszenie zieskie, h - średnia wysokość słupka cieczy. b. Poiar napięcia powierzchniowego etodą stalagoetryczną. W celu wykonania poiaru napięcia powierzchniowego etodą wzniesienia włoskowatego należy: 1. Zważyć suche szalki Petriego - s. 2. Stalagoetr napełnić cieczą. Pod kapilarę stalagoetru podstawić kolbkę z badaną cieczą, zanurzyć w niej rurkę stalagoetru i za poocą strzykawki wciągnąć do niego ciecz do ok. 3/4 objętości bańki (strzykawki ożna wyjować z wężyków). 3. Pod kapilarę stalagoetru podstawić zważoną szalkę Petriego. Zdjąć strzykawkę z wężyka i zaciskając palcai wężyk regulować dopływ powietrza do układu tak, aby ożna było dokładnie liczyć spadające do szalki krople. Do szalki należy zebrać 30 kropli badanej cieczy. 4. Zważyć naczyńka z cieczą - c Ćwiczenie 5-3 -

4 5. Wykonać po cztery poiary dla wody i gliceryny, wyniki zapisać w tabelce wg wzoru poniżej. Woda s c1 6. Ciecze z szalek wlać z powrote do odpowiednich kolbek. Opracowanie wyników 1. Obliczyć asę jednej kropli badanej cieczy korzystając ze wzorów: i = 30 4 c s i 2. Uzupełnić tabelę: Woda s[g] c1[g] c4[g] [g] 3. Obliczyć napięcie powierzchniowe wody i gliceryny podstawiając do wzoru uzyskane dane (Wyprowadzić jednostkę!): gk R dla H 2 O - R = 3 ; dla gliceryny - R = 2.8, k - odczytać z tablicy (lub wykresu) dla odpowiedniego V/R 3 V Ocena uzyskanych wyników Dla obu etod poiarowych wyliczyć wartość napięcia powierzchniowego badanych cieczy i porównać otrzyane wyniki z danyi tablicowyi. Jeśli występują różnice należy podać ich Ćwiczenie 5-4 -

5 przypuszczalne przyczyny. Porównać dokładność obu etod. Ocenić niepewności poiarów. Wyniki przedstawić w tabeli (±): Wartość napięcia powierzchniowego Woda destylowana Tabelaryczna Metodą wzniesienia włoskowatego Metodą stalagoetryczną Poniżej podane są przykłady występowania napięcia powierzchniowego w naturze. Zapoznaj się z nii. 1. Mycie i pranie: aby woda ogła wnikać iędzy brud a przediot yty, obniżay jej napięcie powierzchniowe przy użyciu ydła lub detergentu. A wiec ydło nie yje, lecz ułatwia ycie wodzie! 2. Płoień świecy i lapki oliwnej jest zasilany paliwe dzięki zjawisku włoskowatości w knocie - zjawisko to zachodzi dzięki napięciu powierzchnioweu. 3. Bardzo czystą ciecz ożna przegrzać powyżej teperatury wrzenia, bo napięcie powierzchniowe ściska ałe pęcherzyki gazu, co utrudnia rozpoczęcie wrzenia. 4. Włosy pędzla zwilżonego cieczą zbierają się raze dzięki napięciu powierzchnioweu, co pozwala na przykład precyzyjnie kaligrafować chińskie piso. 5. Krople deszczu zawdzięczają swój kształt przede wszystki napięciu powierzchnioweu. 6. Drukarki atraentowe straciłyby na precyzji bez napięcia powierzchniowego, które zapobiega rozpryskiwaniu się aleńkich kropelek atraentu. 7. Tkaniny i ebrany wodoodporne nie działałyby bez napięcia powierzchniowego, które utrudnia wodzie przenikanie przez bardzo ałe pory w tych ateriałach. 8. Pająk topik nie ógłby żyć pod wodą nie ogąc groadzić powietrza w podwodny dzwonie z pajęczyny - bez napięcia powierzchniowego powietrze uciekłoby. Ćwiczenie 5-5 -