Si të matni tensionin sipërfaqësor

Përmbajtje

Hapa
Metoda 1 nga 3: Përdorimi i një krahu lëkundës
Metoda 2 nga 3: Nga efekti kapilar
Metoda 3 nga 3: Si të përcaktoni tensionin sipërfaqësor relativ duke përdorur një monedhë
Cfare te nevojitet

Tensioni sipërfaqësor përshkruan aftësinë e një lëngu për t'i rezistuar gravitetit. Për shembull, uji në një tavolinë formon pika kur molekulat e ujit tërhiqen nga njëra -tjetra, gjë që kundërshton gravitetin. Tensionshtë për shkak të tensionit sipërfaqësor që objektet më të rënda, të tilla si insektet, mund të mbahen në sipërfaqen e ujit. Tensioni sipërfaqësor matet në forcë (N) e ndarë me njësinë e gjatësisë (m), ose energjinë për njësinë e sipërfaqes. Forca me të cilën bashkëveprojnë molekulat e ujit (forca kohezive) krijon tension, duke rezultuar në pika uji (ose lëngje të tjera). Tensioni sipërfaqësor mund të matet me disa artikuj të thjeshtë që gjenden pothuajse në çdo shtëpi dhe një makinë llogaritëse.

Hapa

Metoda 1 nga 3: Përdorimi i një krahu lëkundës

1 Shkruani ekuacionin për tensionin sipërfaqësor. Në këtë eksperiment, ekuacioni për përcaktimin e tensionit sipërfaqësor është si më poshtë: F = 2Sd, ku F - forca në njutonë (N), S - tensioni sipërfaqësor në njuton për metër (N / m), d është gjatësia e gjilpërës e përdorur në eksperiment. Le të shprehim tensionin sipërfaqësor nga ky ekuacion: S = F / 2d.
- Forca do të llogaritet në fund të eksperimentit.
- Para fillimit të eksperimentit, përdorni një vizore për të matur gjatësinë e gjilpërës në metra.
2 Ndërtoni një krah të vogël lëkundës. Ky eksperiment përdor një krah lëkundës dhe një gjilpërë të vogël që noton në sipërfaqen e ujit për të përcaktuar tensionin sipërfaqësor.Shtë e nevojshme të merret parasysh me kujdes ndërtimi i krahut lëkundës, pasi saktësia e rezultatit varet nga ajo. Ju mund të përdorni materiale të ndryshme, gjëja kryesore është të bëni një shirit horizontal nga diçka e fortë: dru, plastikë ose karton të trashë.
- Përcaktoni qendrën e shufrës (për shembull, një sundimtar kashte ose plastike) që do të përdorni si traversë dhe shponi ose shponi një vrimë në këtë vend; ky do të jetë baza e traversës, në të cilën do të rrotullohet lirshëm. Nëse jeni duke përdorur një kashtë plastike, thjesht shpojeni atë me një kunj ose gozhdë.
- Stërvitni ose shponi vrima në skajet e traversës në mënyrë që ato të jenë të barabarta nga qendra. Kaloni fijet nëpër vrima për të varur kupën dhe gjilpërën e peshës.
- Nëse është e nevojshme, mbështeteni trarin me libra ose objekte të tjera mjaft të forta për ta mbajtur rrezen horizontale. Shtë e nevojshme që traversa të rrotullohet lirshëm rreth një gozhdë ose shufre të mbërthyer në mes të saj.
3 Merrni një copë letër alumini dhe mbështilleni atë në një formë kutie ose pjate. Nuk është aspak e nevojshme që kjo pjatë të ketë një formë të rregullt katrore ose të rrumbullakët. Do ta mbushni me ujë ose ndonjë peshë tjetër, prandaj sigurohuni që të mbajë peshën.
- Varni një kuti ose pjatë me fletë kallaji nga njëra anë e shiritit. Bëni vrima të vogla përgjatë skajeve të pjatës dhe kalojini nëpër to në mënyrë që pjata të varet nga shiriti.
4 Varni një gjilpërë ose kapëse letre nga ana tjetër e shiritit në mënyrë që të jetë horizontale. Lidhni një gjilpërë ose kapëse letre horizontalisht në fijen që varet nga skaji tjetër i shiritit. Që eksperimenti të jetë i suksesshëm, është e nevojshme të vendosni gjilpërën ose kapësen e letrës saktësisht horizontalisht.
5 Vendosni diçka në shirit, siç është plastelina, për të balancuar enën me letër alumini. Para fillimit të eksperimentit, është e nevojshme të sigurohet që traversa të jetë e vendosur horizontalisht. Pjata e petë është më e rëndë se gjilpëra, kështu që shiriti në anën e pjatës do të bjerë poshtë. Bashkangjitni plastelinë të mjaftueshme në anën e kundërt të shiritit në mënyrë që të jetë horizontale.
- Kjo quhet balancim.
6 Vendoseni gjilpërën ose kapësen e letrës në një enë me ujë. Ky hap do të kërkojë përpjekje shtesë për të vendosur gjilpërën në sipërfaqen e ujit. Sigurohuni që gjilpëra të mos zhytet në ujë. Mbushni një enë me ujë (ose një lëng tjetër me tension të panjohur sipërfaqësor) dhe vendoseni nën gjilpërën e varur në mënyrë që gjilpëra të jetë drejtpërdrejt në sipërfaqen e lëngut.
- Sigurohuni që litari që mban gjilpërën të mbetet në vend dhe të jetë mjaft i ngushtë.
7 Peshoni disa kunja ose një sasi të vogël të pikave të matura të ujit në një shkallë të vogël. Ju do të shtoni një pin ose një pikë ujë në pjatën e aluminit në lëkundëse. Në këtë rast, është e nevojshme të dini peshën e saktë në të cilën gjilpëra do të dalë nga sipërfaqja e ujit.
- Numëroni numrin e kunjave ose pikave të ujit dhe peshojini ato.
- Përcaktoni peshën e një kunj ose pika uji. Për ta bërë këtë, ndani peshën totale me numrin e kunjave ose pikave.
- Supozoni se 30 kunja peshojnë 15 gram, pastaj 15/30 = 0.5, domethënë, një kunj peshon 0.5 gram.
8 Shtoni kunjat ose pikat e ujit një nga një në një pjatë me letër alumini derisa gjilpëra të dalë nga sipërfaqja e ujit. Shtoni një pin ose një pikë ujë gradualisht. Shikoni gjilpërën me kujdes në mënyrë që të mos humbisni momentin kur, pas rritjes tjetër të peshës, ajo do të dalë nga uji. Sapo gjilpëra të dalë nga sipërfaqja e lëngut, ndaloni të shtoni kunja ose pika uji.
- Numëroni numrin e kunjave ose pikave të ujit që shkaktuan që gjilpëra në skajin e kundërt të shiritit të dalë nga sipërfaqja e ujit.
- Shkruani rezultatin.
- Përsëriteni eksperimentin disa (5 ose 6) herë për të marrë rezultate më të sakta.
- Llogaritni mesataren e rezultateve të marra. Për ta bërë këtë, shtoni numrin e kunjave ose pikave në të gjitha eksperimentet dhe ndani totalin me numrin e eksperimenteve.
9 Shndërroni numrin e kunjave në forcë. Për ta bërë këtë, shumëzoni numrin e gramëve me 0.00981 N / g. Për të llogaritur tensionin sipërfaqësor, duhet të dini forcën e kërkuar për të hequr gjilpërën nga sipërfaqja e ujit. Meqenëse keni numëruar peshën e kunjave në hapin e mëparshëm për të përcaktuar forcën, ju vetëm duhet ta shumëzoni atë peshë me 0.00981 N / g.
- Shumëzoni numrin e kunjave në pjatë me peshën e një kunj. Për shembull, nëse vendosni 5 kunja secila me peshë 0.5 gram, pesha e tyre totale është 0.5 gram / pin = 5 x 0.5 = 2.5 gram.
- Shumëzoni numrin e gramëve me një faktor 0.00981 N / g: 2.5 x 0.00981 = 0.025 N.
10 Futini këto vlera në ekuacion dhe gjeni vlerën që kërkoni. Rezultatet e marra gjatë eksperimentit mund të përdoren për të përcaktuar tensionin sipërfaqësor. Thjesht futni vlerat që gjeni dhe llogaritni rezultatin.
- Le të themi në shembullin e mësipërm, gjatësia e gjilpërës është 0.025 metra. Duke zëvendësuar vlerat në ekuacion dhe marrim: S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m. Kështu, tensioni sipërfaqësor i lëngut është 0.05 N / m.

Metoda 2 nga 3: Nga efekti kapilar

1 Mësoni rreth efektit kapilar. Për të kuptuar fenomenet kapilare, së pari duhet të njiheni me forcat e ngjitjes dhe kohezionit. Ngjitja bën që lëngu të ngjitet në një sipërfaqe të fortë siç është qelqi. Për shkak të forcës së kohezionit, molekulat e lëngut tërhiqen nga njëra -tjetra.Veprimi i kombinuar i forcave të ngjitjes dhe kohezionit bën që lëngu të ngrihet në tuba të hollë.
- Nga lartësia e ngritjes së lëngut në tub, mund të llogaritet tensioni sipërfaqësor i këtij lëngu.
- Forcat kohezive çojnë në formimin e flluskave dhe pikave në sipërfaqe. Kur një lëng bie në kontakt me ajrin, molekulat e lëngut tërhiqen nga njëra -tjetra, duke rezultuar në formimin e një flluskë.
- Ngjitja çon në formimin e një menisk, i cili është i dukshëm në pikat e kontaktit të lëngut me muret e qelqit. Forma konkave e meniskut është e dukshme me sy të lirë.
- Një shembull i një efekti kapilar është ngritja e një lëngu në një kashtë që vendoset në një gotë me ujë.
2 Shkruani ekuacionin për përcaktimin e tensionit sipërfaqësor. Tensioni sipërfaqësor llogaritet si më poshtë: S = (ρhga / 2), ku S - tensioni sipërfaqësor, ρ - dendësia e lëngut të hetuar, h - lartësia e ngritjes së lëngut në tub, g - përshpejtimi i gravitetit për shkak të gravitetit që vepron në lëng (9.8 m / s), a është rrezja e tubit kapilar.
- Kur zëvendësoni të dhënat në këtë ekuacion, sigurohuni që ato të shprehen në njësi metrike: dendësia në kg / m, lartësia dhe rrezja në metra, nxitimi për shkak të gravitetit në m / s.
- Nëse dendësia e lëngut nuk jepet paraprakisht, mund të gjendet në doracak ose të llogaritet duke përdorur formulën densitet = masë / vëllim.
- Tensioni sipërfaqësor matet në njuton për metër (N / m). Njutoni është i barabartë me 1 kg * m / s. Për të përcaktuar në mënyrë të pavarur njësitë e matjes, thjesht zëvendësoni ato në ekuacion, pa vlera numerike: S = kg / m * m * m / s * m. Nëse zvogëlojmë dy metra në numëruesin dhe emëruesin, marrim 1 kg * m / s / m, domethënë 1 N / m
3 Derdhni lëng me tension të panjohur sipërfaqësor në enë. Merrni një pjatë ose tas të cekët dhe derdhni lëngun në të në mënyrë që të mbulojë pjesën e poshtme me 2 deri në 3 centimetra. Sasia e lëngut nuk ka rëndësi, gjëja kryesore është se është qartë e dukshme se sa do të rritet në tubin kapilar.
- Nëse do të eksperimentoni me lëngje të ndryshme, pastroni dhe thajeni plotësisht pjatën para se të derdhni një lëng të ndryshëm në të, ose përdorni një enë të ndryshme çdo herë.
4 Zhyt një tub të pastër dhe të hollë në lëng. Nga lartësia e ngritjes së lëngut në këtë tub, ju do të përcaktoni tensionin sipërfaqësor.Mbani tubin të qartë në mënyrë që të shihni qartë se sa i lartë lëngu do të ngrihet mbi nivelin e tij në pjatë. Përveç kësaj, tubi duhet të ketë një rreze konstante.
- Për të matur rrezen, thjesht vendosni një sundimtar në pjesën e sipërme të tubit dhe përcaktoni diametrin. Pastaj ndani diametrin me 2 dhe do të gjeni rrezen.
5 Matni lartësinë që lëngu është rritur mbi nivelin e tij në pjatë. Zhvendosni skajin e sundimtarit në sipërfaqen e lëngut në tabaka dhe përcaktoni se sa i lartë është ngritur lëngu në tub. Uji në tub rritet sepse forca ngritëse e tensionit sipërfaqësor tejkalon forcën tërheqëse të gravitetit.
6 Futini këto vlera në ekuacion dhe bëni llogaritjet. Pasi të keni përcaktuar të gjitha vlerat e kërkuara, futini ato në ekuacion dhe gjeni tensionin sipërfaqësor. Sigurohuni që të konvertoni të gjitha vlerat në njësi metrike për të marrë rezultatin e saktë.
- Supozoni se ne po matim tensionin sipërfaqësor të ujit. Dendësia e ujit është rreth 1 kg / m3 (në këtë shembull ne po përdorim vlera të përafërta). Përshpejtimi për shkak të gravitetit është 9.8 m / s. Lëreni rrezen e tubit të jetë 0.029 m, dhe uji është ngritur në një lartësi prej 0.5 m. Sa është tensioni sipërfaqësor i ujit?
- Zëvendësoni vlerat e marra në ekuacion dhe merrni: S = (ρhga / 2) = (1 x 9.8 x 0.029 x 0.5) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 J / m.

Metoda 3 nga 3: Si të përcaktoni tensionin sipërfaqësor relativ duke përdorur një monedhë

1 Mblidhni gjithçka që ju nevojitet. Për këtë eksperiment, do t'ju duhet një pikatore, një monedhë e thatë, ujë, një tas i vogël, lëng për larjen e enëve, vaj vegjetal dhe një peshqir. Të gjitha këto mund të gjenden në shtëpi ose të blera në dyqanin tuaj lokal. Mund të bëni pa sapun enësh dhe vaj perimesh, por për krahasim do t'ju duhen disa lëngje të ndryshme.
- Sigurohuni që monedha të jetë e pastër dhe e thatë para fillimit të eksperimentit. Nëse përdorni një monedhë të lagur, do të merrni rezultate të pasakta.
- Ky eksperiment nuk lejon llogaritjen e tensionit sipërfaqësor; mund të përdoret vetëm për të krahasuar tensionin sipërfaqësor të lëngjeve të ndryshme.
2 Hidhni një pikë lëng në sipërfaqen e monedhës. Vendoseni monedhën në një peshqir ose sipërfaqe tjetër që është e sigurt për t'u lagur. Merrni lëngun e parë në pipetë, dhe pastaj ngadalë aplikoni një pikë në monedhë. Kur e bëni këtë, numëroni pikat. Vazhdoni derisa lëngu të derdhet jashtë monedhës.
- Regjistroni sa pika u deshën që lëngu të derdhej jashtë monedhës.
3 Përsëriteni këtë procedurë me lëngje të ndryshme. Pastroni dhe thani monedhën sa herë që ndërroni lëngun. Gjithashtu thajeni sipërfaqen në të cilën vendosni monedhën. Përdorni pipeta të ndryshme ose pastroni pipetën para një eksperimenti të ri.
- Provoni të shtoni pak sapun enësh në ujë, pastaj hidhni ujë në një monedhë dhe shihni nëse tensioni sipërfaqësor ndryshon.
4 Krahasoni numrin e pikave të kërkuara për lëngje të ndryshme për të mbushur një monedhë. Provoni të përsërisni eksperimentin me të njëjtin lëng disa herë për të parë nëse rezultatet janë të sakta. Mesatarja e rezultateve: Shtoni numrin e pikave në eksperimente të ndryshme dhe ndani totalin me numrin e eksperimenteve. Shkruani sa pika u deshën që lëngjet e ndryshme të mbushnin monedhën.
- Sa më shumë pika të një lëngu të caktuar të kërkohen për të mbushur një monedhë, aq më i lartë është tensioni sipërfaqësor i këtij lëngu.
- Detergjenti për larjen e enëve ul tensionin sipërfaqësor të ujit; duke shtuar se do të duhen më pak pika për të mbushur monedhën.