Прибор для демонстрации поверхностного натяжения

Арт.:  ФИ-4442

Стоимость: уточняйте у наших менеджеров

Задать нам вопрос по данному товару

Набор состоит из: рамки проволочной с подвижной перекладиной, к середине которой подвязана нить, кольца с подвязанной нитью в виде петельки, кольца с двумя параллельно подвязанными нитями, кольца с проволочным полукольцом, двух соосных колец.

Все эти приспособления изготовлены из никелированной проволоки. Диаметр всех проволочных колец — 35 мм. В набор также входит пружинная стальная проволока длиной около 65 см и диаметром 0,5 мм. Она сворачивается в кольцо и с помощью трех связанных нитей прицепляется к динамометру в процессе демонстрации поверхностного натяжения при отрыве кольца от поверхности воды.

Для демонстрации опытов необходимо приготовить мыльный раствор. Опыты будут более надежны, если приготовить 1,5 ¸ 2% раствор шампуни в прокипяченной воде при комнатной температуре. Демонстрацию пленок следует проводить с помощью теневой проекции в отражении, когда тень пленки отбрасывается на экран. Если тень достаточно отчетлива, то на ней видны потоки жидкости, стекающей вдоль пленки.

Опыты с набором

1. Обнаружение поверхностного натяжения. Кольцо с привязанной нитяной петелькой погружают в мыльный раствор и медленно вытаскивают. На поверхности кольца получается сплошная мыльная пленка. Мыльную пленку внутри нитяного кольца прорывают карандашом и наблюдают образование правильной окружности внутри нитяного кольца (рис.6).

Получают мыльную пленку на кольце с двумя параллельно подвязанными нитями. Прорвав пленку, например в правой части, обнаруживают значительное уменьшение поверхности пленки (рис.7). Повторяют опыт с этим же кольцом, но пленку прорывают между нитями и получают картину, показанную на рис.8.

Погружают проволочное кольцо с полукольцом в мыльный раствор и, после извлечения, наблюдают наименьшую площадь поверхности пленки. Опустив в мыльный раствор два соосных кольца, расстояние между которыми должно быть не более 10 мм, демонстрируют наименьшую поверхность для этой фигуры.

2. Сила поверхностного натяжения. Этот опыт удобно демонстрировать на примере рамки с проволочной перекладиной (рис.1). В отсутствие внешней силы вдоль поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая сокращает до минимума площадь поверхности пленки. Пленку можно растянуть и удерживать в равновесии (рис.9), если к перекладине приложить внешнюю силу Fо, равную по модулю силе поверхностного натяжения Fo = -Fпов. Если под действием силы Fo подвижная перекладина сместится на Δх, то произведенная работа А будет положительна: А=Fo·Δх. За счет этой работы поверхность пленки увеличится на L·Δх. Сила поверхностного натяжения Fпов совершает при этом отрицательную работу: А= -Fпов·Δх.

Вдоль поверхности пленки действуют равные силы поверхностного натяжения F1 и F2: F1=F2=Fпов/2. При равновесии

перемычки Fo=F1+F2=Fпов. В процессе растяжения поверхности жидкости (в отличие от растяжения резины) среднее расстояние между молекулами не изменяется.

Поверхность жидкости, увеличивающаяся на ΔS=2L·Δх, заполняется молекулами внутренних слоев. Число молекул поверхностного слоя при этом возрастает и увеличивается поверхностная энергия. ΔЕпов=ζ·ΔS.

В соответствие с законом сохранения энергии 2Fпов·Δx = ζ 2L·Δx,

откуда находим, что сила поверхностного натяжения пропорциональна длине L границы поверхностного слоя: Fпов=ζ·L, где ζ — поверхностное натяжение, характеризующее силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины границы поверхности.

Опыты показывают, что коэффициент поверхностного натяжения уменьшается с повышением температуры, а также при наличии в жидкости различного рода примесей. Кроме того коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы самой жидкости.