Наименование
|
Обозначение
|
Числовое значение
|
Един.изи.
|
Погрешность
|
1.
|
Масса воды
|
|
|
|
|
2.
|
Масса калориметра
|
|
|
|
|
3.
|
Толщина слоя
|
|
|
|
|
4.
|
Диаметр слоя для S
|
|
|
|
|
5.
|
Удельная теплоемкость воды
|
с1
|
|
|
|
6.
|
Удельная теплоемкость материала калориметра
|
с2
|
|
|
|
7.
|
Температура пара
|
|
|
|
|
8.
|
Расчетное значение теплопроводности
|
æ
|
|
|
|
Таблица 2
уақыт, с
|
30
|
60
|
90
|
|
|
Т температура, С
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. В чем сущность явлений переноса? Их виды и при каких условиях они возникают?
2. Какие существуют способы распространения тепла в веществе?
3. Что такое теплопроводность и каков ее механизм?
4. Что называется тепловым потоком?
5. Что представляет собой градиент температуры?
6. Объясните сущность закона Фурье.
7. Каков физический смысл теплопроводности вещества?
8. Что означает термин «квазистационарный» режим?
9. Почему используемый в данной работе метод определения теплопроводности называется калориметрическим?
10. В каких случаях формула (9) справедлива?
Порядок офорления отчетов и их защита:
1. Выполнить эксперимент
2. Результаты вычислений занести в таблицы.
3. Выводы по проведенной работе.
4. Оформить и сдать работу на ФА4. (фамилию автора и дату выполнения работы; название работы; цель работы; приборы и технические средства; порядок выполнения работы; формулы; рисунки; расчеты; заполненные таблицы; выводы по работе; краткие ответы на контрольные вопросы).
Список используемой литературы:
Основная литература
И.В.Савельев, Курс общей физики. Т.1: Механика. Молекулярная физика и термодинамика. М.: КноРус, 2012.
А. А. Детлаф, Б. М. Яворский, Курс физики.- М. : Академия, 2008.
Т. И. Трофимова, Курс физики.- М. : Академия, 2007.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика.- Изд. второе, испр. - М.: Наука, 2002.
Дополнительная литература
Гершензон Е. Термодинамика и молекулярная физика. М: АСАДЕМА. 2000г.
Г.Б. Померанцев, А.К. Ахметов. Курс общей физики. Обычная механика. Колебания и волны. Теория относительности Эйнштейна. Молекулярная физика и основы термодинамики. Астана:"Фолиант",2003.
Трофимова, Т. И. Краткий курс физики. Изд. 7-е, стер. - М.: Высш. шк., 2009.
№7 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца
Цель работы: Изучение явления поверхностного натяжения жидкости; определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по силе отрыва кольца.
Принадлежности: металлические кольца; весы набором разновесок; штангенциркуль; исследуемая жидкость
План занятия
1. Ознакомление с экспериментальной установкой.
2. Выполнение лабораторной работы.
3. Проанализировать результат.
4. Проведение расчетов, оформление отчета и защита лабораторной работы.
Краткие сведения из теории
Поверхность жидкости находится в особых условиях по сравнению с остальной ее массой, характеризующихся избыточной потенциальной энергией. Эти особые условия возникают из-за неэквивалентности межмолекулярных взаимодействий молекул, находящихся у поверхности жидкости и в ее глубине. Например, молекул А, находящейся внутри жидкости (Рис.1), окружена молекулами той же жидкости со всех сторон. Силы, с которыми соседние молекулы действуют на молекулу А, направлены в разные стороны, поэтому результирующая, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других молекул, равна нулю. Иначе обстоит дело для других молекул (молекулы В и С), находящихся внутри поверхностного слоя жидкости. В данном случае молекулы, находящиеся в тонком слое вблизи поверхности жидкости, окружены м
олекулами той же жидкости не со всех сторон, т.е. часть взаимодействующих молекул – это молекулы газа над жидкостью. Так как концентрация молекул в расположенном над жидкостью газа мала по сравнению с их концентрацией в жидкости, то равнодействующая F, приложенных к каждой молекуле поверхностного слоя, не равна нулю и направлена внутрь жидкости.
Суммарная энергия частиц жидкости складывается из кинетической энергии их теплового движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия. Для перемещения молекулы из глубиын жидкости в поверхностный слой надо совершить работу против действующих в этом слое сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса кинетической энергии и идет на увеличение ее потенциальной энергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем частицы внутри жидкости. Эта допольнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, называемая поверхностной энергией, пропорционально площади слоял ∆S:
(1)
где –коэффициент поверхностного натяжения, определяемого допольгительной энергией единицы поверхности слоя.
Из-за наличия поверхностной энергии поверхность жидкости стремится сократиться. Поэтому для увеличения поверхности жидкости за счет перехода некоторого количества молекул из глубины жидкости в поверхностный слой, необходимо совершить работу против сил поверхностного натяжения. Увеличение поверхности жидкости сопровождается отрицательной работой, а сокращение – положительной. Поэтому
(2)
где Fl – сила поверхностного натяжения, действующая на единицу длины контура поверхности жидкости.
Это работа совершается одновременно с увеличением поверхностной энергии, т.е.
(3)
Из сравнения выражениий (1) и (3) видно, что
(4)
Т.е коэффициент поверхностного натяжения равен силе поверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины контура, органичивающего поверхность. Силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно участку контура, на который они действуют. Единица коэффициента поверхностного натяжения в СИ – ньютон на метр (Н/м), или джоуль на квадратный метр (Дж/м2). Большинство жидкостей при температуре 300К имеют поверхностное натяжение порядка 10-2 –10-1 Н/м. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Поверхностное натяжение также существенно зависит от примесей, имеющихся в жидкостях. Это объясняется следующим образом. Поверхностное натяжение , потому и поверхностная энергия жидкости зависят от межмолеклярных сил, которые в свою очередь определябтся строением молекул. Минимум поверхностной энергии жидкости достигается не только путем сокращения ее поверхности, но и путем укомплектования поверхностного слоя такими молекулами, чтобы величина была минимальной. Вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела с соответствующим понижением поверхностной энергии, называются поверхностно-активными. Их добавление даже в небольшой концентрации существенно усеньшает поверхностное натяжение. Молекулы таких веществ прежде всего поступают в поверхностный слой и лишь после того, как он окажется заполненным ими достаточно плотно, проникают в основной объем жидкости.
К поверхностно-активным веществам обычно принадлежат молекулы органических веществ, имебщие вытянутую форму (например, –ОН, -СООН, -NH2). Наиболее известным примером поверхностно-активного вещества является мыло.
Существуют также вещества (соль, сахар), добавление которых к воде повышает ее поверхностное натяжение.
Если известна длина контура l, ограничивающая поверхность жидкости, то силы поверхностного натяжения определяются из соотношения
(5)
Достарыңызбен бөлісу: |
