Temat : Pomiar napięcia powierzchniowego cieczy metodą rurek włoskowatych.

Imię i nazwisko: Grzegorz Pietras Lesław Wabia Semestr II Rok 1995/96 Wydział Elektryczny.
zespół	data	ocena	podpis
3

Łatwość przelewania cieczy świadczy o łatwej przesuwalności jednych cząsteczek względem drugich, nie oznacza jednak braku sił międzycząsteczkowych lub inaczej molekularnych. Siły takie, aczkolwiek nieznaczne, istnieją i w pewnych przypadkach ujawniają swe działanie. Siły oddziaływań między cząsteczkami znajdujące się we wnętrzu cieczy znoszą się wzajemnie, nie mogą więc wykazać swego istnienia. Na powierzchni cieczy i tuż pod nią ( w warstwie o grubości równej zasięgowi działania sił międzycząsteczkowych ) na cząsteczki działają siły niezrównoważone skierowane w głąb cieczy.

Wypadkowa tych sił prostopadła do powierzchni i sprawia, że warstwa powierzchniowa wywiera na resztę cieczy ciśnienie molekularne wynoszące dla wody 17 000 at.

Oprócz ciśnienia skierowanego w głąb cieczy, warstwę powierzchniową cieczy cechują siły molekularne leżące w płaszczyźnie tej warstewki; siły te oddziałują na cząsteczki ze wszystkich stron - są to siły napięcia powierzchniowego.

Napięcie powierzchniowe τ ma podwójne znaczenie:

siłowe - gdyż wyraża siłę przyłożoną do 1 cm długości błonki

energetyczne - gdyż oznacza energię potencjalną zmagazynowaną w 1 cm² błonki powierzchniowej

Napięcie powierzchniowe zależy od:

rodzaju cieczy: dla każdej cieczy jest ono inne, gdyż różne cząsteczki oddziaływają na siebie z różnymi siłami

temperatury: przy wzroście ruchów termicznych cząstek siły międzycząsteczkowe maleją i w związku z tym napięcie powierzchniowe maleje ze wzrostem temperatury

gdzie:

k - stała dla danej cieczy

V - objętość molowa

T_k - temperatura krytyczna

Powierzchnia swobodna cieczy w pobliżu ścianek naczynia ulega zakrzywieniu, przybierając kształt menisku wklęsłego lub wypukłego. Zależy to od wzajemnego stosunku sił przylegania F_p i sił spójności F_s, działających na cząsteczki, graniczne warstewki powierzchniowe cieczy.

Siły napięcia powierzchniowego τ, działając stycznie do zakrzywionej powierzchni dają w wyniku swojego działania tzw. ciśnienie dodatkowe Δ_p. skierowane pionowo do góry i powodujące wciąganie cieczy do rurki. Ciśnieniu temu przeciwstawia się ciśnienie hydrostatyczne słupa h wciąganej cieczy.

Napięcie powierzchniowe cieczy i przyleganie cieczy do ścianek powoduje występowanie zjawiska włoskowatości.

Gdy ciecz znajduje się w wąskiej rurce, kształt powierzchni cieczy i gazu jest:

większy dla cieczy zwilżającej

mniejszy dla cieczy nie zwilżającej

Meniskiem nazywamy ową wygiętą powierzchnię cieczy.

Tabele pomiarowe.

Nr rurki	hw [mm]	hws [mm]	Δhw [mm]	d [mm]	Δd [mm]
1	8;8;5;5;8;8;7;8;76	7	0.9	0.4	0.005
2	14;14;15;15;14; 12;11;10;12;11	13	0.23	0.2	0.02
3	21;21;20;21;18; 20;21;19;19;20	19	1,4	0.1	0.07
4	48;46;56;54;53; 54;53;56;54;50	53	2.6	0.05	0.02

Nr rurki	h [mm]	hs [mm]	Δh [mm]	τ [N/m.]
1	3;3;3;2;3;3;3;3;2;2	2.7	0.0360	21.45 10^-3
2	5;4;4;5;6;5;5;5;7;5	5.1	0.0175	20.26 10^-3
3	8;8;8;9;8;9;8;8;8;9	8.3	0.0406	16.48 10^-3
4	17;16;18;18;17;18; 20;18;24;17	17.9	0.136	17.77 10^-3

Obliczenia:

Wnioski:

Napięcie powierzchniowe zależy od rodzaju cieczy, dla każdej cieczy jest ono inne, ponieważ różne cząstki oddziaływają na siebie z różnymi siłami.

Widzimy, że włoskowatość zależy od napięcia powierzchniowego cieczy i przylegania cieczy do ścianek. Przez analogię możemy dojść do wniosków, że menisk wklęsły występuje dla cieczy zwilżających gdyż siła przylegania jest większa od siły spójności oddziałujących na cząsteczki graniczne warstewki powierzchniowe cieczy. Natomiast menisk wypukły powstaje dla cieczy nie zwilżających tu siły spójności są większe od sił przylegania.

---