• Cel wiczenia:

    1. Celem wiczenia jest zapoznanie si z metod pomiaru napicia powierzchniowego przez odrywanie, a take wyznaczenie napicia powierzchniowego wody i denaturatu.

    • Wstp teoretyczny:

      1. Napicie powierzchniowe jest wynikiem dziaania midzyczsteczkowych si zwanych oddziaywaniami Van der Waalsa. Oddziaywania te ogólnie mona podzieli na elektrostatyczne i magnetyczne. Spowodowane one s budow atomu, rozsuniciem adunków w pojedynczym atomie, lub te stworzeniem dipolu przez czsteczk - np. wody. Ogólnie napicie powierzchniowe definiuje si jako stosunek pracy wykonanej nad izotermicznym zwikszeniem powierzchni cieczy do przyrostu powierzchni tej cieczy. Substancje takie, jak elektrolity lub cukier w wodzie, zwikszaj napicie powierzchniowe. Myda z kolei to napicie zmniejszaj, czego efektem jest powstawanie piany. Polega to na lepszym zwilaniu powierzchni brudnej i wizaniu ze sob czstek tuszczu i brudu i oderwaniu ich od powierzchni.

      • Przebieg pomiarów:

        1. Pomiary rozpoczto zmierzenia ciaru badanych pytek metalowych. Ze wzgldu na zastosowanie wagi torsyjnej wyskalowanej w [mG] wszystkie pomiary naleao nastpnie przeliczy na jednostki SI. Ponisza tabela przedstawia wyniki tych pomiarów i przeliczenia wartoci.

        4. Q

        5. DQ

        6. l

        7. Dl

        8. d

        9. Dd

        10. Q

        11. DQ

        12. [mG]

        13. [mG]

        14. [mm]

        15. [mm]

        16. [mm]

        17. [mm]

        18. [N]

        19. [N]

            1. Pytka 1

        20. 360

        21. 2

        22. 19,22

        23. 0,02

        24. 0,24

        25. 0,02

        26. 3,5304"10-3

        27. 1,96"10-5

            1. Pytka 2

        28. 230

        29. 2

        30. 20,18

        31. 0,02

        32. 0,5

        33. 0,02

        34. 2,2555"10-3

        35. 1,96"10-5

            2. Nastpnie badano si odrywania pytki od powierzchni cieczy. Pomiary wykonano dla dwóch cieczy: wody i denaturatu. Pomiar polega na zanurzeniu pytki w wodzie i odczytanie ze skali wagi torsyjnej wartoci siy, przy której pytka odrywaa si od powierzchni. Si zwikszano powoli, aby moliwe byo jak najdokadniejsze uchwycenie tego momentu. Kady pomiar wykonano dziesiciokrotnie, aby zwikszy jego dokadno. Wyniki tych pomiarów przedstawia ponisza tabela.

            5. Pytka 1

            6. Pytka 2

            7. Woda

            8. Denaturat

            9. Woda

            10. Denaturat

            11. F

            12. F

            13. F

            14. F

                1. L.p.

            15. [mG]

            16. [mG]

            17. [mG]

            18. [mG]

                1. 1

            19. 534

            20. 446

            21. 398

            22. 332

                1. 2

            23. 536

            24. 448

            25. 408

            26. 328

                1. 3

            27. 532

            28. 442

            29. 406

            30. 324

                1. 4

            31. 532

            32. 444

            33. 400

            34. 334

                1. 5

            35. 530

            36. 446

            37. 402

            38. 330

                1. 6

            39. 536

            40. 442

            41. 400

            42. 324

                1. 7

            43. 536

            44. 444

            45. 398

            46. 332

                1. 8

            47. 536

            48. 448

            49. 398

            50. 334

                1. 9

            51. 542

            52. 448

            53. 394

            54. 330

                1. 10

            55. 538

            56. 446

            57. 396

            58. 328

                1. redni

            59. 535.20

            60. 445.40

            61. 400.00

            62. 329.60

                1. Kady z tych pomiarów obarczony jest bdem bezwzgldnym 2[mG].

              • Przykadowe obliczenia:

                1. a) Przeliczenie jednostek [mG] na [N]. Dokonujemy tego wedug poniszego wzoru:

                3. 0x01 graphic

                4. gdzie:

                5. F[N] - sia wyraona w jednostkach SI

                6. F[mG] - warto siy odczytana ze skali wagi torsyjnej

                7. g - przyspieszenie ziemskie (g=9.80665 m/s2)

                9. Obliczanie ciaru badanych pytek:

                11. 0x01 graphic

                13. gdzie:

                14. Q1 - ciar pytki 1

                15. Q2 - ciar pytki 2

                17. Obliczanie siy oderwania pytki od powierzchni cieczy. Przyjmujc za wynik pomiaru urednion warto 10 pomiarów liczymy wg tego samego wzoru si oderwania w czterech przypadkach:

                19. 1) Pytka 1, woda.

                20. 0x01 graphic

                22. 2) Pytka 1, denaturat.

                23. 0x01 graphic

                25. 3) Pytka 2, woda.

                26. 0x01 graphic

                28. 4) Pytka 2, denaturat.

                29. 0x01 graphic

                33. W tak sam sposób przeliczamy bd bezwzgldny. Wedug wskaza wagi torsyjnej wynosi on 2[mG]. Po przeliczeniu na jednostki SI otrzymujemy warto 1,96133"10-5 [N]. Bdzie ona wykorzystywana w dalszych obliczeniach jako F i Q.

                35. b) Obliczanie napicia powierzchniowego. Posugujemy si nastpujcym wzorem:

                36. 0x01 graphic

                37. gdzie:

                38.  - napicie powierzchniowe badanej cieczy

                39. F - sia oderwania zmierzona w czasie wiczenia

                40. Q - ciar pytki zmierzony przed pomiarem siy oderwania

                41. 2(l+d) - obwód badanej pytki w paszczynie przekroju równolegej do powierzchni cieczy.

                43. Napicie powierzchniowe obliczamy te w czterech przypadkach:

                45. 1) Pytka 1, woda.

                46. 0x01 graphic

                48. 2) Pytka 1, denaturat.

                49. 0x01 graphic

                51. 3) Pytka 2, woda.

                52. ` 0x01 graphic

                54. 4) Pytka 2, denaturat.

                55. 0x01 graphic

            • Dyskusja bdów:

              1. Bd obliczenia napicia powierzchniowego wyznaczono metod róniczki zupenej.

              2. 0x01 graphic

              3. Po rozwizaniu tego równania róniczkowego otrzymujemy:

              4. 0x01 graphic

              6. Po skróceniu:

              7. 0x01 graphic

              8. Po przeliczeniu na bd wzgldny:

              9. 0x01 graphic

              10. przy czym Q=F z uwagi na jednakowy sposób pomiaru tych wielkoci. Q wynosi 1,96133"10-5 [N] (podano w tabeli), a l=d=0,02[mm] (take podano w tabeli). Bd bezwzgldny pomiaru napicia powierzchniowego take obliczamy dla czterech przypadków (tych samych).

              12. 1) Pytka 1, woda:

              13. 0x01 graphic

              15. W podobny sposób obliczono pozostae wartoci bdów:

              17. 2) Pytka 1, denaturat:

              18. 0x01 graphic

              20. 3) Pytka 2, woda:

              21. 0x01 graphic

              23. 4) Pytka 2, denaturat:

              24. 0x01 graphic

          • Wyniki kocowe, uwagi i wnioski:

          Definitywnie cao wyników zestawiono w poniszej tabeli:

          Pytka nr 1

          Pytka nr 2

          Woda

          Denaturat

          Woda

          Denaturat

          

          

          

          

          

          

          

          

          [N/m]

          [%]

          [N/m]

          [%]

          [N/m]

          [%]

          [N/m]

          [%]

          0,044145

          2,49

          0,021518

          4,89

          0,040308

          2,54

          0,023616

          4,21

          Jak wida rozbienoci w wynikach s nieco wiksze ni to teoretycznie zakadaj obliczone bdy pomiarowe. Wynika to std, e sam pomiar siy w momencie oderwania pytki od cieczy silnie zalea od refleksu i spostrzegawczoci obsugujcego. Nie przeszkadza to jednak w dokadnym poznaniu metody wykonywania tego typu pomiarów.

          Istnienie napicia powierzchniowego ma zasadnicze znaczenie we wspóczesnej fizyce. To wanie ono decyduje o ksztacie spadajcej kropli pynu, jak te o fakcie przeksztacania si w cig kropel cienkiej struki np. wody.

          Substancje takie jak mydo zmniejszaj znacznie napicie powierzchniowe wody, czego efektem jest uatwienie mycia, tzn. wizania i usuwania czstek brudu i kurzu. Najbardziej rzucajce si w oczy stosowanie substancji zmniejszajcych napicie powierzchniowe jest dodawanie topników - np. kalafonii do lutu podczas lutowania. Dodanie kalafonii do lutu podczas lutowania elementów elektronicznych powoduje zwikszenie zwilalnoci lutowanych czci metalowych przez lutowie i w efekcie znacznie lepsze poczenie zarówno elektryczne, jak i mechaniczne.