نحوه اندازه گیری کشش سطحی

ویدیو: ToosNano Tensiometer تنسیومتر توس نانو

محتوا

مراحل
روش 1 از 3: استفاده از بازوی تکان دهنده
روش 2 از 3: با اثر مویرگی
روش 3 از 3: نحوه تعیین کشش نسبی سطح با استفاده از یک سکه
چه چیزی نیاز دارید

کشش سطحی توانایی سیال در مقاومت در برابر گرانش را توصیف می کند. به عنوان مثال ، آب روی میز با ایجاد جذب مولکول های آب به یکدیگر ، قطرات را تشکیل می دهد ، که با گرانش مقابله می کند. به دلیل کشش سطحی است که اجسام سنگین تری مانند حشرات را می توان در سطح آب نگه داشت. کشش سطحی بر حسب نیرو (N) تقسیم بر طول واحد (m) یا انرژی در واحد سطح اندازه گیری می شود. نیروی متقابل مولکول های آب (نیروی منسجم) کشش ایجاد می کند و در نتیجه قطرات آب (یا مایعات دیگر) ایجاد می شود. کشش سطحی را می توان با چند مورد ساده که تقریباً در هر خانه یافت می شود و ماشین حساب اندازه گیری کرد.

مراحل

روش 1 از 3: استفاده از بازوی تکان دهنده

1 معادله کشش سطحی را بنویسید. در این آزمایش ، معادله برای تعیین کشش سطحی به شرح زیر است: F = 2Sd، جایی که اف - نیروی در نیوتن (N) ، س - کشش سطحی بر حسب نیوتن بر متر (N / m) ، د طول سوزن مورد استفاده در آزمایش است. اجازه دهید کشش سطحی را از این معادله بیان کنیم: S = F / 2d.
- نیرو در پایان آزمایش محاسبه می شود.
- قبل از شروع آزمایش ، از خط کش برای اندازه گیری طول سوزن به متر استفاده کنید.
2 یک بازوی راک کوچک بسازید. در این آزمایش برای تعیین کشش سطحی از بازوی راک و سوزن کوچکی استفاده می شود که بر روی سطح آب شناور است.لازم است ساختار بازوی راک را با دقت در نظر بگیرید ، زیرا دقت نتیجه به آن بستگی دارد. می توانید از مواد مختلف استفاده کنید ، نکته اصلی این است که از یک چیز سخت یک نوار افقی بسازید: چوب ، پلاستیک یا مقوا ضخیم.
- مرکز میله (به عنوان مثال ، خط کش یا پلاستیک) را که قرار است از آن به عنوان تیر عرضی استفاده کنید ، تعیین کنید و در این مکان سوراخ یا سوراخ کنید. این نقطه اتکای تیر عرضی خواهد بود که در آن آزادانه می چرخد. اگر از نی پلاستیکی استفاده می کنید ، کافی است آن را با سنجاق یا میخ سوراخ کنید.
- سوراخ هایی را در انتهای تیر عرضی ایجاد کرده یا سوراخ کنید تا به طور مساوی از مرکز فاصله داشته باشند. نخ ها را از سوراخ ها عبور دهید تا فنجان و سوزن وزن را آویزان کنید.
- در صورت لزوم ، پرتو را با کتاب یا سایر اجسام سخت محکم نگه دارید تا پرتو افقی بماند. لازم است که نوار عرضی آزادانه در اطراف میخ یا میله ای که در وسط آن گیر کرده است بچرخد.
3 یک تکه فویل آلومینیومی بردارید و آن را به شکل جعبه یا نعلبکی درآورید. اصلاً ضروری نیست که این نعلبکی شکل مربع یا گرد معمولی داشته باشد. شما آن را با آب یا وزن دیگری پر می کنید ، بنابراین مطمئن شوید که می تواند وزن را تحمل کند.
- یک قوطی یا بشقاب فویل حلبی را از یک سر میله آویزان کنید. سوراخ های کوچکی در امتداد لبه های بشقاب ایجاد کرده و از آنها عبور دهید تا نعلبکی از میله آویزان شود.
4 یک سوزن یا گیره کاغذی را از انتهای دیگر میله آویزان کنید تا افقی باشد. یک سوزن یا گیره کاغذ را به صورت افقی به نخ بچسبانید که از انتهای دیگر میله آویزان است. برای موفقیت آزمایش ، لازم است سوزن یا گیره کاغذ را دقیقاً به صورت افقی قرار دهید.
5 برای تعادل ظرف فویل آلومینیومی ، چیزی مانند پلاستیکین روی میله قرار دهید. قبل از شروع آزمایش ، لازم است اطمینان حاصل کنید که نوار عرضی به صورت افقی قرار دارد. بشقاب فویل از سوزن سنگین تر است ، بنابراین میله کنار بشقاب پایین می افتد. پلاستیکین کافی را به طرف مقابل میله وصل کنید تا افقی شود.
- به این تعادل می گویند.
6 سوزن آویزان یا گیره کاغذی را در یک ظرف آب قرار دهید. این مرحله نیاز به تلاش بیشتری برای قرار دادن سوزن بر روی سطح آب دارد. اطمینان حاصل کنید که سوزن در آب فرو نمی رود. یک ظرف را با آب (یا مایع دیگر با کشش سطحی ناشناخته) پر کنید و آن را زیر سوزن آویزان قرار دهید تا سوزن مستقیماً روی سطح مایع قرار گیرد.
- اطمینان حاصل کنید که طناب نگهدارنده سوزن در جای خود باقی مانده و به اندازه کافی محکم است.
7 چند پین یا مقدار کمی قطره آب اندازه گیری شده را در مقیاس کوچک وزن کنید. شما یک پین یا یک قطره آب به بشقاب آلومینیومی روی راکر اضافه کنید. در این مورد ، لازم است بدانید وزن دقیقی که سوزن در آن از سطح آب خارج می شود.
- تعداد پین یا قطرات آب را بشمارید و آنها را وزن کنید.
- وزن یک پین یا قطره آب را تعیین کنید. برای انجام این کار ، وزن کل را بر تعداد پین یا قطره تقسیم کنید.
- فرض کنید وزن 30 پین 15 گرم است ، سپس 15/30 = 0.5 ، یعنی یک پین 0.5 گرم وزن دارد.
8 پین یا قطرات آب را یکی یکی در بشقاب فویل آلومینیومی اضافه کنید تا سوزن از سطح آب جدا شود. یک پین یا یک قطره آب را به تدریج اضافه کنید. سوزن را با دقت تماشا کنید تا لحظه ای را از دست ندهید که بعد از افزایش بعدی وزن ، از آب خارج شود. هنگامی که سوزن از سطح مایع خارج شد ، افزودن پین یا قطرات آب را متوقف کنید.
- تعداد پین ها یا قطرات آب را که باعث بیرون آمدن سوزن در انتهای مقابل میله از سطح آب شده است ، بشمارید.
- نتیجه را بنویسید.
- آزمایش را چندین بار (5 یا 6) بار تکرار کنید تا به نتایج دقیق تری برسید.
- میانگین نتایج بدست آمده را محاسبه کنید. برای انجام این کار ، تعداد پین ها یا قطره ها را در همه آزمایش ها اضافه کنید و مجموع را بر تعداد آزمایش ها تقسیم کنید.
9 تعداد پین ها را به قدرت تبدیل کنید. برای این کار ، تعداد گرم را در 0.00981 N / g ضرب کنید. برای محاسبه کشش سطحی ، باید نیروی لازم برای بلند کردن سوزن از سطح آب را بدانید. از آنجا که برای تعیین نیرو وزن پین ها را در مرحله قبل شمارش کرده اید ، کافی است آن وزن را در 0.00981 N / g ضرب کنید.
- تعداد پین های نعلبکی را در وزن یک پین ضرب کنید. به عنوان مثال ، اگر 5 عدد پین با وزن 0.5 گرم قرار دهید ، وزن کل آنها 0.5 گرم است / پین = 5 0.5 0.5 = 2.5 گرم.
- تعداد گرم را با ضریب 0.00981 N / g ضرب کنید: 2.5 x 0.00981 = 0.025 N
10 این مقادیر را به معادله وصل کرده و مقداری را که بدنبال آن هستید پیدا کنید. از نتایج بدست آمده در طول آزمایش می توان برای تعیین کشش سطحی استفاده کرد. فقط مقادیری را که پیدا کرده اید وصل کنید و نتیجه را محاسبه کنید.
- فرض کنید در مثال بالا ، طول سوزن 0.025 متر است. با جایگزینی مقادیر در معادله بدست می آوریم: S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m بنابراین ، کشش سطحی مایع 0.05 نیوتن متر بر متر است.

روش 2 از 3: با اثر مویرگی

1 با اثر مویرگی آشنا شوید. برای درک پدیده های مویرگی ، ابتدا باید با نیروهای چسبندگی و انسجام آشنا شد. چسبندگی باعث می شود مایع به سطح سختی مانند شیشه بچسبد. به دلیل نیروی انسجام ، مولکولهای مایع به یکدیگر جذب می شوند.عملکرد ترکیب نیروهای چسبندگی و انسجام باعث بالا آمدن مایع در لوله های نازک می شود.
- از ارتفاع بالا آمدن مایع در لوله می توان کشش سطحی این مایع را محاسبه کرد.
- نیروهای منسجم منجر به تشکیل حباب و قطرات در سطح می شوند. هنگامی که مایع با هوا تماس پیدا می کند ، مولکول های مایع به یکدیگر جذب می شوند و در نتیجه حبابی ایجاد می شود.
- چسبندگی منجر به تشکیل منیسک می شود که در نقاط تماس مایع با دیواره های شیشه قابل توجه است. شکل مقعر مینیسک با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است.
- نمونه ای از اثر مویرگی بالا بردن مایع در نی است که در یک لیوان آب قرار می گیرد.
2 معادله تعیین کشش سطحی را بنویسید. کشش سطحی به شرح زیر محاسبه می شود: S = (ρhga / 2)، جایی که س - کشش سطحی، ρ - چگالی مایع مورد بررسی ، ساعت - ارتفاع افزایش مایع در لوله ، g - شتاب گرانش در اثر گرانش روی مایع (9.8 متر بر ثانیه) ، آ شعاع لوله مویرگی است.
- هنگام جایگزینی داده ها در این معادله ، مطمئن شوید که آنها در واحدهای متریک بیان شده اند: چگالی بر کیلوگرم بر متر ، ارتفاع و شعاع بر متر ، شتاب ناشی از گرانش بر متر بر ثانیه.
- اگر چگالی مایع از قبل داده نشده باشد ، می توان آن را در دفترچه راهنما یافت یا با استفاده از فرمول چگالی = جرم / حجم محاسبه کرد.
- کشش سطحی بر حسب نیوتن بر متر (N / m) اندازه گیری می شود. نیوتن برابر 1 کیلوگرم * متر بر ثانیه است. برای تعیین مستقل واحدهای اندازه گیری ، فقط آنها را در معادله جایگزین کنید ، بدون مقادیر عددی: S = kg / m * m * m / s * m. اگر دو متر را در عدد و مخرج کاهش دهیم ، بدست می آوریم 1 کیلوگرم * متر / ثانیه / متر ، یعنی 1 نیوتن متر / متر
3 مایع با کشش سطحی ناشناخته را درون ظرف بریزید. یک بشقاب یا کاسه کم عمق بردارید و مایع را درون آن بریزید به طوری که کف آن را 2 تا 3 سانتی متر بپوشاند. مقدار مایع مهم نیست ، نکته اصلی این است که به وضوح قابل مشاهده است که چقدر در لوله مویرگی افزایش می یابد.
- اگر می خواهید مایعات مختلف را آزمایش کنید ، قبل از ریختن مایع متفاوت در آن ، بشقاب را کاملاً تمیز و خشک کنید یا هر بار از ظرف دیگری استفاده کنید.
4 یک لوله تمیز و نازک را در مایع فرو کنید. از ارتفاع افزایش سیال در این لوله ، کشش سطحی را تعیین می کنید.لوله را واضح نگه دارید تا بتوانید به وضوح ببینید که مایع تا چه حد از ظرفش در ظرف بالاتر می رود. علاوه بر این ، لوله باید دارای شعاع ثابت باشد.
- برای اندازه گیری شعاع ، کافی است یک خط کش را در بالای لوله قرار دهید و قطر آن را تعیین کنید. سپس قطر را بر 2 تقسیم کنید و شعاع آن را خواهید یافت.
5 ارتفاع مایع را بالاتر از سطح خود در صفحه اندازه گیری کنید. لبه خط کش را به سطح مایع داخل سینی منتقل کرده و میزان بالا آمدن مایع در لوله را تعیین کنید. آب لوله افزایش می یابد زیرا نیروی بالابری کشش سطحی از نیروی کشش گرانش بیشتر است.
6 این مقادیر را به معادله وصل کرده و محاسبات را انجام دهید. پس از تعیین همه مقادیر مورد نیاز ، آنها را به معادله وصل کرده و کشش سطحی را پیدا کنید. مطمئن شوید که همه مقادیر را به واحدهای متریک تبدیل می کنید تا نتیجه صحیح را بدست آورید.
- فرض کنید ما در حال اندازه گیری کشش سطحی آب هستیم. چگالی آب حدود 1 کیلوگرم بر متر مکعب است (در این مثال ما از مقادیر تقریبی استفاده می کنیم). شتاب ناشی از گرانش 9.8 متر بر ثانیه است. اجازه دهید شعاع لوله 0.029 متر باشد و آب تا ارتفاع 0.5 متر افزایش یافته است کشش سطحی آب چقدر است؟
- مقادیر بدست آمده را در معادله جایگزین کرده و بدست آورید: S = (ρhga / 2) = (1 x 9.8 x 0.029 x 0.5) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 J / m

روش 3 از 3: نحوه تعیین کشش نسبی سطح با استفاده از یک سکه

1 هر آنچه را که نیاز دارید جمع آوری کنید. برای این آزمایش ، شما به یک قطره چکان ، یک سکه خشک ، آب ، یک کاسه کوچک ، مایع ظرفشویی ، روغن نباتی و یک حوله نیاز دارید. همه این موارد را می توانید در خانه پیدا کنید یا در فروشگاه محلی خود خریداری کنید. شما می توانید بدون صابون ظرف و روغن گیاهی انجام دهید ، اما برای مقایسه به چند مایع مختلف نیاز دارید.
- قبل از شروع آزمایش ، مطمئن شوید که سکه تمیز و خشک است. اگر از سکه مرطوب استفاده کنید ، نتایج نادرستی دریافت خواهید کرد.
- این آزمایش اجازه محاسبه کشش سطحی را نمی دهد ؛ فقط می توان از آن برای مقایسه کشش سطحی مایعات مختلف استفاده کرد.
2 هر بار یک قطره مایع را روی سطح سکه بریزید. سکه را روی یک حوله یا سطح دیگری که خیس شدن آن بی خطر است ، قرار دهید. اولین مایع را داخل پیپت بریزید و سپس یک قطره را به آرامی روی سکه بمالید. هنگام انجام این کار ، قطره ها را بشمارید. این کار را تا ریختن مایع در خارج از سکه ادامه دهید.
- چند قطره را برای ریختن مایع به خارج از سکه ثبت کنید.
3 این روش را با مایعات مختلف تکرار کنید. هربار که مایعات را عوض می کنید سکه را تمیز و خشک کنید. سطحی را که روی آن سکه قرار می دهید نیز خشک کنید. قبل از انجام آزمایش جدید از پیپت های مختلف استفاده کنید یا پیپت را تمیز کنید.
- سعی کنید مقداری صابون ظرف به آب اضافه کنید ، سپس آب را روی سکه بریزید و ببینید آیا کشش سطحی تغییر می کند یا خیر.
4 تعداد قطره های مورد نیاز برای مایعات مختلف برای پر کردن سکه را مقایسه کنید. سعی کنید آزمایش را با همان مایع چندین بار تکرار کنید تا ببینید نتایج دقیق هستند یا خیر. میانگین نتایج: تعداد قطره ها را در آزمایش های مختلف اضافه کرده و مجموع را بر تعداد آزمایش ها تقسیم کنید. بنویسید چند قطره طول کشید تا مایعات مختلف سکه را پر کنند.
- هرچه قطرات یک مایع معین برای پر کردن یک سکه بیشتر باشد ، کشش سطحی این مایع بیشتر می شود.
- مواد شوینده ظرفشویی کشش سطحی آب را کاهش می دهد. افزودن قطرات کمتری برای پر کردن سکه طول می کشد.