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La tension superficielle décrit la capacité d'un fluide à résister à la gravité. Par exemple, l'eau forme des gouttelettes à la surface de la table, car les molécules d'eau sont attirées les unes par les autres, ce qui neutralise la gravité. C'est en raison de la tension superficielle que des objets plus lourds, tels que des insectes, peuvent être retenus à la surface de l'eau. La tension superficielle est mesurée en force (N) divisée par une unité de longueur (m) ou en quantité d’énergie par unité de surface. La force avec laquelle les molécules d'eau interagissent (force de cohésion) provoque une tension, ce qui entraîne des gouttelettes d'eau (ou d'autres liquides). La tension superficielle peut être mesurée à l’aide de quelques objets simples présents dans presque toutes les maisons et d’une calculatrice.

Leçon 21. Travail de laboratoire n ° 05. Mesure de la tension superficielle d'un liquide (rapport)

Travail de laboratoire n ° 5

Objet: "MESURE DE LA TENSION DE SURFACE D'UN LIQUIDE"

But: déterminer le coefficient de tension superficielle de l'eau par la méthode de séparation des gouttes.

Équipement un récipient avec de l'eau, une seringue, un récipient pour recueillir les gouttes.

Dessine un tableau:

Nous calculons la tension superficielle par la formule

Nous trouvons la tension superficielle moyenne par la formule:

Nous déterminons l'erreur relative par la méthode d'évaluation des résultats de mesure.

Conclusion: j'ai mesuré la tension superficielle du liquide (eau), elle s'est avérée égale à 0,069 N / m, ce qui, compte tenu de l'erreur de 41,76%, coïncide avec la valeur du tableau.

Réponses aux questions de sécurité.

1. Pourquoi la tension superficielle dépend-elle du type de fluide?

La tension superficielle dépend de la force d'attraction entre les molécules. Les molécules de différents liquides ont des forces d'interaction différentes, de sorte que la tension superficielle est différente. En outre, la tension superficielle dépend de la présence d'impuretés dans le liquide, car plus la concentration d'impuretés dans le liquide est forte, plus les forces d'adhérence entre les molécules du liquide sont faibles. Par conséquent, les forces de tension superficielles agiront plus faiblement.

2. Pourquoi et comment la tension superficielle dépend-elle de la température?

Si la température augmente, la vitesse des molécules augmente en conséquence et les forces d'adhésion entre les molécules diminuent. c'est-à-dire que les forces de tension superficielle dépendent de la température. Plus la température du liquide est élevée, plus la tension superficielle est faible.

3. Le résultat du calcul de la tension superficielle changera-t-il si l'expérience est réalisée ailleurs sur Terre?

Cela changera légèrement, car la formule comprend la valeur de g - accélération gravitationnelle. Et nous savons que l'accélération de la gravité est différente dans différentes parties de la Terre. L'accélération réelle de la gravité à la surface de la Terre dépend de la latitude, de l'heure du jour et d'autres facteurs. Il varie de 9,780 m / s² à l'équateur à 9,832 m / s² aux pôles.

4. Le résultat du calcul changera-t-il si le diamètre des gouttes de tube est plus petit?

Changer le diamètre du tube ne peut pas entraîner de modification de la valeur mesurée. Une formule est utilisée pour déterminer la tension superficielle.

La figure montre qu'une diminution du diamètre du tube est compensée par une diminution de la masse de la gouttelette et que la tension superficielle restera naturellement la même.

5. Pourquoi les gouttes lentes devraient-elles tomber?

Lorsque du liquide s'écoule du tube capillaire, la taille de la goutte augmente progressivement. Avant la séparation de la gouttelette, il se forme un col dont le diamètre d est légèrement inférieur au diamètre d1 du tube capillaire. Sur la circonférence du col de la goutte, les forces de tension superficielle agissent vers le haut et maintiennent la goutte. Lorsque la taille de la gouttelette augmente, la force de gravité mg tend à la déchirer. Au moment de la séparation des gouttelettes, la force de gravité est égale à la force de tension superficielle résultante F = πdσ.

Il est nécessaire que les gouttes sortent du tube indépendamment, sous l'action de la gravité. Si la chute des gouttelettes est rapide avec une pression supplémentaire sur le piston de la seringue, alors au moment du détachement des gouttelettes, la gravité ne sera pas égale à la force de tension superficielle et cette méthode donnera une erreur de mesure importante.

Méthode de pression de bulle maximale (méthode de rebobinage)

Le capillaire communique avec l'air atmosphérique, donc la pression atmosphérique P est maintenue à l'intérieur du tube₀.

La pression P sur le liquide de test est progressivement réduite à l'aide d'une pompe à eau. Différence de pression (P_{à propos de}−P) cherche à souffler une bulle d’air du capillaire dans le liquide, mais ceci est contrecarré par la pression supplémentaire créée par les forces de tension superficielle du liquide dans la bulle résultante de rayon r et dirigé tangentiellement à l’interface Ms.

Enfin, à une différence de pression (P_{à propos de}−P) égal à P_cabanes dépassant la différence P_{je, pl.}–P_{je, vogue,} une bulle d'air est soufflée du tube capillaire dans un liquide.

Ici, le rayon r de la bulle soufflée est inconnu, ce qui est extrêmement difficile à mesurer. Par conséquent, le recours à un fluide de référence, le coefficient de tension superficielle σ_o qui est connu et proche du coefficient de tension superficielle σ du fluide étudié. On pense que les rayons des bulles soufflées à partir du même capillaire seront les mêmes dans les deux cas.

En divisant la première équation par la seconde et en résolvant par rapport à σ, nous obtenons la formule de calcul de la tension superficielle:

Méthode stalagmométrique (méthode de comptage des gouttes)

Comptez le nombre de gouttelettes (n), collectez-les dans le conteneur et mesurez le volume (V). Trouver le volume d'une goutte v.

où r est le rayon du cou.

Parce que le rayon du cou étant difficile à calculer, faites une expérience avec un fluide de référence.

Méthode de séparation en anneau (laboratoire de physique en première année)

Un anneau ou un cadre est placé à la surface du fluide d’essai. Si le liquide mouille l'anneau, la tension superficielle force F₁ et F₂agissant sur ses surfaces extérieures et intérieures de diamètres D et d, sont dirigées à l'intérieur du liquide:

La tension superficielle totale est égale à:

Pour déchirer l’anneau de la surface du liquide, il est nécessaire d’appliquer une force ascendante F qui compense la force de gravité mg de l’anneau et la tension superficielle F._σ:

En mesurant avec un dynamomètre la force de séparation de l’anneau et en connaissant la masse et la taille de l’anneau, vous pouvez déterminer la tension superficielle du liquide: