Ako merať povrchové napätie?

Na meranie povrchového napätia kapilárnou metódou naplňte plytkú misku 2,50 cm vody. Zmerajte polomer čírej skúmavky, potom vložte skúmavku do vody a zmerajte, ako vysoko voda v trubici stúpa nad vodu v nádobe. Nameranú hodnotu zapojte do svojej rovnice a vypočítajte povrchové napätie. Ak chcete získať ďalšie informácie o meraní povrchového napätia od nášho recenzenta environmentálnych vied, vrátane toho, ako vypočítať relatívne napätie za cent, pokračujte v čítaní.

Zlatko Romančík
Zlatko Romančík
• 13 min čítanie
Malú ihlu plávajúcu na hladine vody na meranie povrchového napätia
V tomto experimente použijete kladinu a malú ihlu plávajúcu na hladine vody na meranie povrchového napätia.

Povrchové napätie označuje schopnosť kvapaliny odolávať gravitačnej sile. Voda napríklad vytvára na stole kvapôčky, pretože molekuly vody na povrchu sa zoskupujú proti gravitačnej sile. Povrchové napätie je to, čo umožňuje, aby sa hustejší predmet, napríklad hmyz, mohol vznášať na vodnej hladine. Povrchové napätie sa meria pomocou sily (N) pôsobiacej na jednotku, ako je dĺžka (m) alebo množstvo energie meranej oblasti. Tieto sa merajú ako Newton na meter (alebo N/meter). Sily, ktoré na seba molekuly vody pôsobia, alebo súdržné sily, spôsobujú napätie a sú zodpovedné za tvar kvapiek vody (alebo inej kvapaliny). Povrchové napätie môžete zmerať pomocou niekoľkých domácich potrieb a kalkulačky.

Metóda 1 z 3: meranie povrchového napätia pomocou kladiny

  1. 1
    Definujte rovnicu, ktorú chcete vyriešiť pre povrchové napätie. V tomto experimente bude rovnica pre povrchové napätie určená rovnicou F = 2 sd. F je sila v newtonoch (N), s je povrchové napätie v (N/m) a d je dĺžka ihly použitej v experimente. Zmena usporiadania rovnice na riešenie povrchového napätia poskytne s = F/2d.
    • Sila sa vypočíta na konci experimentu.
    • Pred experimentom zmerajte dĺžku ihly v metroch pomocou pravítka.
  2. 2
    Zostrojte malý kladník. V tomto experimente použijete kladinu a malú ihlu plávajúcu na hladine vody na meranie povrchového napätia. Kladina musí byť dobre konštruovaný tak, že je možné získať presný výsledok. Na to môžete použiť mnoho rôznych typov materiálov, len sa uistite, že stredový nosník je niečo robustné, ako je drevo, plast alebo hustá lepenka.
    • Označte stred materiálu, ktorý bude použitý pre váš nosník (slamka, plastové pravítko) a vyvŕtajte alebo do neho urobte dieru; toto bude bod otáčania (bod, ktorý umožňuje lúču voľne sa otáčať). Ak používate plastovú slamku, môžete do nej jednoducho prepichnúť špendlík alebo klinec.
    • Na každom konci nosníka vyvŕtajte alebo vystrčte otvor tak, aby boli v rovnakej vzdialenosti od stredu. Každým otvorom prevlečte šnúrku, ktorá bude slúžiť ako držiak na misky na vyváženie. Uistite sa, že na každom konci je 1 reťazec pre každý otvor.
    • Klinec položte vodorovne medzi dva stohy kníh, aby sa stredový lúč mohol voľne otáčať.
  3. 3
    Zložte kus hliníkovej fólie a vytvorte škatuľu alebo misku. Miska nemusí byť presne štvorcová alebo okrúhla. Miska bude naplnená vodou alebo inou hmotnosťou, preto sa uistite, že je dostatočne pevná.
    • Krabicu alebo misku zaveste na jeden koniec lúča. Na bokoch misky urobte malé otvory a prevlečte nimi šnúru, aby misku držala.
  4. 4
    Zaveste ihlu alebo kancelársku sponku vodorovne z druhého konca lúča pomocou nite. Na opačnú stranu lúča uviažte kancelársku sponku alebo ihlu na koniec šnúrky tak, aby ležal naplocho. Aby experiment fungoval, je dôležité, aby bola kancelárska sponka alebo ihla vodorovná.
  5. 5
    Položte kus materiálu, ako je hlina alebo play-doh, na trám, aby ste vyvážili hliníkový kontajner. Pred začatím experimentu sa chcete uistiť, že lúč leží rovno. Miska bude ťažšia ako ihla, čo spôsobí zníženie lúča v smere paraboly. Na opačnú stranu lúča pridajte dostatok hliny, aby bol lúč rovný.
    • Toto sa nazýva vyvažovanie. Hlina neovplyvňuje výpočty, pretože vyrovnáva lúč.
  6. 6
    Vložte ihlu alebo kancelársku sponku visiacu z lúča do nádoby s vodou. Tento krok môže vyžadovať určité dodatočné úsilie, aby sa zaistilo, že ihla spočíva len na vrchu vodnej hladiny. Nechcete, aby bola ihla ponorená do vody. Naplňte nádobu vodou (alebo inou tekutinou neznámeho povrchového napätia) a umiestnite ju pod ihlu vo výške, ktorá umožní ihle spočinúť priamo na povrchu.
    • Uistite sa, že šnúra držiaca ihlu na mieste zostane napnutá, akonáhle je ihla na vrchu vody.
  7. 7
    Odvážte dávku špendlíkov alebo niekoľko odmeraných kvapiek vody v malom poštovom meradle. Do hliníkovej misky, ktorú ste skonštruovali skôr, budete postupne pridávať špendlíky alebo kvapky vody. Pri výpočte je dôležité presne vedieť, koľko hmotnosti je potrebné na zdvihnutie ihly z vody.
    • Odpočítajte niekoľko špendlíkov alebo kvapiek vody a odvážte ich.
    • Určte individuálnu hmotnosť každej kvapky alebo špendlíka vydelením celkovej hmotnosti počtom špendlíkov alebo kvapiek vody.
    • Povedzme napríklad, že 30 kolíkov váži 15 gramov: 11670 = 0,5. Každý špendlík váži 0,5 gramu.
  8. 8
    Pridajte špendlíky alebo kvapky vody jeden po druhom do nádoby z hliníkovej fólie, kým sa ihla neuvoľní z vodného povrchu. Do hliníkovej misky pomaly po jednom kolíku/kvapke pridávajte špendlík alebo kvapku vody. Starostlivo sledujte ihlu, aby ste zistili, či vychádza z vody s každým novým prídavkom. Prestaňte pridávať špendlíky/kvapky, akonáhle ihla už nie je v kontakte s povrchom vody.
    • Spočítajte počet špendlíkov alebo kvapiek vody potrebný na odstránenie protizávažia z vodnej hladiny.
    • Zaznamenajte každé čítanie.
    • Cvičenie zopakujte niekoľkokrát (5 alebo 6), aby ste získali presnejšie údaje.
    • Vypočítajte priemer výsledkov tak, že pripočítate celkový počet kolíkov potrebných v každom teste a vydelíte ich celkovým počtom pokusov.
  9. 9
    Premeňte meranie kolíkov na účinnosť vynásobením počtu gramov hodnotou 0,00981 n/g. Na výpočet povrchového napätia potrebujete vedieť celkové množstvo sily potrebnej na odstránenie ihly z povrchu kvapaliny. Pretože ste v predchádzajúcom kroku odvážili kolíky, tento výpočet môžete ľahko vykonať pomocou konverzného faktora 0,00981 N/g.
    • Vynásobte počet kolíkov pridaných do misky hmotnosťou každého kolíka. Napríklad 5 kolíkov s hmotnosťou 0,5 g/špendlík = 5 x 0,5 = 2,5 g.
    • Množstvo gramov vynásobte konverzným faktorom 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
  10. 10
    Zapojte premenné do rovnice a vyriešte. Pomocou meraní, ktoré ste zhromaždili počas experimentu, môžete teraz riešiť silu. Jednoducho zapojte čísla do správnej premennej a vyriešte pomocou správneho poradia operácií.
    • Pokračovaním nášho príkladu povedzme, že ihla bola dlhá 0,025 m. Pripojením premenných do výťažku rovnice: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Povrchové napätie kvapaliny je 0,05 N/m.
Mydlo na riad znižuje povrchové napätie vody
Mydlo na riad znižuje povrchové napätie vody, pričom na naplnenie penny použije menej kvapiek.

Metóda 2 z 3: meranie povrchového napätia kapilárnym pôsobením

  1. 1
    Pochopte kapilárnu akciu. Aby ste pochopili kapilárne pôsobenie, musíte najskôr porozumieť adhéznym a súdržným silám. Priľnavosť je sila, ktorá spôsobuje prilepenie kvapaliny na pevný povrch, napríklad na okraj pohára. Súdržné sily sú tie, ktoré k sebe priťahujú molekuly kvapaliny. Kombinácia adhéznych a kohéznych síl spôsobuje, že kvapalina stúpa do stredu tenkej trubice.
    • Výšku hladiny kvapaliny je možné použiť na výpočet povrchového napätia tejto kvapaliny.
    • Súdržnosť spôsobuje, že voda vytvára na povrchu bubliny alebo kvapôčky. Keď je kvapalina v kontakte so vzduchom, molekuly voči sebe pociťujú príťažlivé sily a vytvárajú na povrchu bublinu.
    • Priľnavosť spôsobuje meniskus, ktorý je viditeľný v tekutinách, keď sa prilepia k bokom pohára. Je to konkávny tvar v hornej časti kvapaliny videný vo výške očí.
    • Príkladom kapilárnej činnosti je sledovanie stúpania vody v slamke vloženej do šálky vody.
  2. 2
    Definujte rovnicu, ktorú chcete vyriešiť pre povrchové napätie. Povrchové napätie je dané rovnicou S = (ρhga/2), kde S je povrchové napätie, ρ (alebo rho) je hustota kvapaliny, ktorú meriate, h je výška, v ktorej kvapalina stúpa v trubici, g je gravitačné zrýchlenie pôsobiace na kvapalinu (9,8 m/s 2) a a je polomer kapilárnej trubice.
    • Pri práci s touto rovnicou sa uistite, že všetky vaše jednotky sú v správnom metrickom tvare: hustota v kg/m3, výška a polomer v metroch a gravitácia v m/s 2.
    • Ak hustota kvapaliny nie je uvedená, môžete si ju vyhľadať v referenčnej knihe alebo ju vypočítať pomocou rovnice hustota = hmotnosť/objem.
    • Jednotka povrchového napätia je jeden newton na meter (N/m). Newton sa rovná 1 kg-m/s 2. Ak chcete vypracovať jednotky sami, jednoducho vyriešte rovnicu iba jednotkami. S = kg/m3 * m * m/s 2 * m. Dve z meračov zrušia dve z jednotiek na meter a zostane vám 1 kg-m/s 2 /m alebo 1 N/m.
  3. 3
    Naplňte nádobu kvapalinou neznámeho povrchového napätia. Pomocou plytkej misky alebo misky ju naplňte asi palcom príslušnej tekutiny. Na množstve pridanej tekutiny nezáleží, pokiaľ môžete jasne vidieť nárast tekutiny v kapilárnej trubici.
    • Ak to opakujete s rôznymi tekutinami, pred pridaním ďalšej tekutiny sa uistite, že je misa dôkladne vyčistená a vysušená. Alternatívne môžete pre každú tekutinu použiť samostatný riad.
  4. 4
    Do tekutiny vložte priehľadnú tenkú trubičku. Toto je trubica, z ktorej budete vykonávať svoje merania na výpočet povrchového napätia. Rúrka musí byť číra, aby ste videli, ako ďaleko kvapalina stúpne nad hladinu v miske. Rúrka musí mať tiež rovnaký polomer.
    • Ak chcete zmerať polomer, jednoducho umiestnite pravítko na hornú časť trubice a určte priemer. Rozdeľte priemer o 2 a máte polomer.
    • Tieto trubice si môžete kúpiť online alebo v železiarstve.
  5. 5
    Zmerajte výšku, v ktorej kvapalina stúpne nad kvapalinu v nádobe. Umiestnite spodok pravítka priamo nad tekutinu v miske a zmerajte, ako vysoko tekutina stúpla do skúmavky. Voda stúpa v dôsledku toho, že sila povrchového napätia smerom nahor je väčšia ako sila gravitácie smerom nadol.
  6. 6
    Namerané hodnoty zapojte do rovnice a vyriešte. Akonáhle ste určili všetky potrebné premenné, môžete ich zapojiť do vzorca a vyriešiť povrchové napätie. Nezabudnite previesť všetky svoje hodnoty na metriky, aby bolo možné problém správne vyriešiť.
    • Povedzme napríklad, že meriame povrchové napätie vody. Voda má hustotu okolo 1 kg/m3 (v tomto prípade použijeme približné hodnoty). Premenná g je vždy 9,8 m/s 2. Polomer trubice je 0,029 m a voda stúpa 0,5 m. Aké je povrchové napätie vody?
    • Pripojením premenných do výťažku rovnice: S = (ρhga/2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5)/2 = 0,1420,5 = 0,071 J/m2.
Na meranie povrchového napätia kapilárnou metódou naplňte plytkú misku 2,50 cm vody
Na meranie povrchového napätia kapilárnou metódou naplňte plytkú misku 2,50 cm vody.

Metóda 3 z 3: meranie relatívneho povrchového napätia centom

  1. 1
    Zhromaždite svoje materiály. Na tento experiment budete potrebovať očné kvapkadlo, suchý cent, vodu, malú misku, mydlo, olej a uterák. Väčšinu z týchto položiek môžete nájsť okolo domu alebo kúpiť v obchode s potravinami. Nemusíte používať mydlo a olej na riad, ale budete chcieť rôzne tekutiny na porovnanie ich povrchového napätia.
    • Pred pokusom sa uistite, že je cent úplne čistý a suchý. Ak sú na cente ďalšie tekutiny, experiment nebude presný.
    • Tento experiment vám neumožňuje vypočítať povrchové napätie, ale iba určiť povrchové napätie rôznych kvapalín navzájom.
  2. 2
    Odkvapkávajte jednu kvapku tekutiny naraz na cent. Penny položte na uterák alebo povrch, ktorý vám nevadí, keď zvlhnete. Naplňte kvapkadlo prvou tekutinou. Tekutinu pomaly odkvapkávajte na penny a dávajte pozor, aby ste kvapkali iba jednu kvapku. Spočítajte počet kvapiek potrebných na naplnenie penny, kým tekutina pretečie.
    • Napíšte, koľko kvapiek je potrebných na to, aby tekutina stiekla cez penny.
  3. 3
    Experiment zopakujte s inou tekutinou. Penny medzi každým testom kvapaliny vyčistite a osušte. Pred opakovaním experimentu vysušte povrch, na ktorý ste položili cent. Použite niekoľko kvapiek alebo ich vyčistite medzi použitím.
    • Skúste do vody primiešať trochu mydla a znova kvapkať, aby ste zistili, či sa povrchové napätie zmení.
  4. 4
    Porovnajte počet kvapiek potrebných na naplnenie penisu pre každú tekutinu. Skúste experiment zopakovať s rovnakou kvapalinou viackrát, aby ste zistili, či získavate presný počet. Skúšky spriemerujte tak, že ich spojíte a vydelíte počtom vykonaných pokusov. Napíšte, ktoré látky vyžadovali najviac kvapiek a ktoré najmenej, aby sa zaplnil cent.
    • Látky s vyšším povrchovým napätím budú mať na cent viac kvapiek ako látky s nižším povrchovým napätím.
    • Mydlo na riad znižuje povrchové napätie vody, pričom na naplnenie penny použije menej kvapiek.
Látky s vyšším povrchovým napätím budú mať na cent viac kvapiek ako látky s nižším povrchovým napätím
Látky s vyšším povrchovým napätím budú mať na cent viac kvapiek ako látky s nižším povrchovým napätím.

Veci, ktoré budete potrebovať

  • Slama, plastové pravítko alebo iná tuhá tyč
  • Reťazec
  • Alobal
  • Modelovacia hmota alebo iný podobný materiál
  • Dlhá ihla alebo klinec pre oporný bod
  • Sponka na papier alebo ihla na ponorenie do vody
  • Knihy alebo iný materiál rovnakej hmotnosti na podoprenie kladiny
  • Kalkulačka
  • Malý kontajner
  • Voda
  • Očné kvapkadlo, pipeta alebo špendlíky
  • Poštová váha alebo iné malé vážiace zariadenie
  • Plytké jedlo
Prečítajte si tiež: Ako identifikovať samičie a samčie rastliny marihuany?

Otázky a odpovede

  • Čo znamenajú N/m a N/g?
    To znamená Newtony na meter, respektíve Newtony na gram.
  • Môžem namiesto kvapiek vody alebo špendlíkov použiť haliere?
    Nie. Penny majú veľmi hustý a ťažký povrch než kvapky vody alebo špendlíky.
  • Mám domácu pipetu bez žiarovky, dlhú 66 cm. Keď je zatvorený, tekutina neuniká. Existuje univerzálny vzorec na tento účinok? Povrchové napätie, priľnavosť, gravitácia, tlak vzduchu?
    Ak by tekutina na výstupe z pipety vytiekla, vytvorila by takmer vákuum a nasala by kvapalinu späť dovnútra. Žiadny plyn nemôže nahradiť kvapalinu, takže jediný dostupný plyn sa pokúša vyplniť priestor. To vytvára saciu silu (ako princíp vysávača), ktorá drží tekutinu na mieste.
  • Čo mám robiť, ak metóda 2 nefunguje? Rúrku ponorím do vody, ale tam, kde končí kvapalina v miske, nie je žiadna kvapalina.
    Použite kapilárnu trubicu, ktorá má malý vnútorný polomer. Na lepšie čítanie a tým aj lepšie výsledky navyše použite cestovný mikroskop.
Nezodpovedané otázky
  • Aké ďalšie spôsoby existujú na meranie povrchovej plochy?
  • Je vo vzore kapilárnej akcie zabudnutý kontaktný uhol?

Komentáre (10)

  • wellington69
    Robím svoj vedecký veľtrh a vyhľadal som mnoho webových stránok o tom, ako správne merať povrchové napätie vody, a tento článok bol veľmi ľahko zrozumiteľný. Ďakujem mnohokrát!
  • joellepagac
    Veľmi mi to pomohlo, pretože som sa snažil zo všetkých dostupných možností zistiť, ktorú metódu použijem.
  • rosechristian
    Celá metóda bola veľmi nápomocná.
  • mooreelizabeth
    Krok 3 metódy 1 bol skutočne užitočný. Ďakujem za skutočne konkrétne kroky.
  • jwatson
    Rovnica a jednotky pri výpočte povrchového napätia. Metóda je veľmi jednoduchá a nevyžaduje veľa materiálov.
  • filip70
    Robil som projekt, tak som sa pozrel na to, ako to urobiť. Našiel som tento web, ktorý sa ukázal byť užitočný. Hallelujah!
  • howelavonne
    Mal som tento vedecký veľtrh a nevedel som, ako zmerať povrchové napätie. Hľadal som v sprievodcovi, pretože som túto stránku používal na iné veci a podrobné pokyny naozaj veľmi pomohli.
  • ullrichbridgett
    Je to naozaj skvelé!
  • gorczanyaniya
    Pomohlo mi to nastaviť postup pre biologické laboratórium.
  • leonardkolnik
    Toto bolo super nápomocné! Ďakujem CustomInk!

Prečítajte si tiež:

  1. Ako vypočítať ťažisko?
Súvisiace články
  1. Ako nakresliť štvorec?RNDr. Melinda Tóthová Th.D.
  2. Ako postaviť most na špagety?Ľubica Králová
  3. Ako postaviť modelový most zo špajlí?PhMr. Milena Kapustová
  4. Ako postaviť most z balzového dreva?PharmDr. Dobromila Radičová Th
  5. Ako vyrobiť čln poháňaný balónom?Pavol Kučera
  6. Ako vyrobiť a používať solárnu rúru?Vojtech Riszdorfer
FacebookTwitterInstagramPinterestLinkedInGoogle+YoutubeRedditDribbbleBehanceGithubCodePenWhatsappEmail