Yüzey gerilimi nasıl ölçülür

İçerik

adımlar
Yöntem 1/3: Bir külbütör kolu kullanma
Yöntem 2/3: Kılcal etki ile
Yöntem 3/3: Madeni Para Kullanarak Göreceli Yüzey Gerilimi Nasıl Belirlenir
Neye ihtiyacın var

Yüzey gerilimi, bir sıvının yerçekimine direnme yeteneğini tanımlar. Örneğin, bir masanın üzerindeki su, su molekülleri birbirine çekilirken damlacıklar oluşturur ve bu da yerçekimine karşı koyar. Böcekler gibi daha ağır nesnelerin su yüzeyinde tutulabilmesinin nedeni yüzey gerilimidir. Yüzey gerilimi, kuvvet (N) bölü birim uzunluk (m) veya birim alan başına enerji olarak ölçülür. Su moleküllerinin etkileştiği kuvvet (kohezyon kuvveti), su damlacıkları (veya diğer sıvılar) ile sonuçlanan gerilim yaratır. Yüzey gerilimi, hemen hemen her evde bulunan birkaç basit öğe ve bir hesap makinesi ile ölçülebilir.

adımlar

Yöntem 1/3: Bir külbütör kolu kullanma

1 Yüzey gerilimi denklemini yazın. Bu deneyde, yüzey gerilimini belirleme denklemi aşağıdaki gibidir: F = 2 Sd, nerede F - Newton cinsinden kuvvet (N), S - metre başına Newton cinsinden yüzey gerilimi (N / m), NS deneyde kullanılan iğnenin uzunluğudur. Bu denklemden yüzey gerilimini ifade edelim: S = F / 2d.
- Kuvvet, deneyin sonunda hesaplanacaktır.
- Deneye başlamadan önce, iğnenin uzunluğunu metre cinsinden ölçmek için bir cetvel kullanın.
2 Küçük bir rocker kolu oluşturun. Bu deney, yüzey gerilimini belirlemek için bir sallanan kol ve su yüzeyinde yüzen küçük bir iğne kullanır.Sonucun doğruluğu buna bağlı olduğundan, külbütör kolunun yapısını dikkatlice düşünmek gerekir. Çeşitli malzemeler kullanabilirsiniz, asıl şey sert bir şeyden yatay bir çubuk yapmaktır: ahşap, plastik veya kalın karton.
- Çubuk olarak kullanacağınız çubuğun merkezini (örneğin bir saman veya plastik cetvel) belirleyin ve bu yere bir delik açın veya delin; bu, serbestçe döneceği enine çubuğun dayanak noktası olacaktır. Plastik pipet kullanıyorsanız, bir iğne veya çivi ile delin.
- Çapraz kirişin uçlarına, merkezden eşit aralıklı olacak şekilde delikler açın veya zımbalayın. Ağırlık kabını ve iğneyi asmak için iplikleri deliklerden geçirin.
- Gerekirse, kirişi yatay tutmak için kirişi kitaplarla veya yeterince sert nesnelerle destekleyin. Çapraz çubuğun ortasına sıkışmış bir çivi veya çubuk etrafında serbestçe dönmesi gerekir.
3 Bir parça alüminyum folyo alın ve bir kutu veya tabak şeklinde yuvarlayın. Bu dairenin normal kare veya yuvarlak bir şekle sahip olması hiç gerekli değildir. İçini su veya başka bir ağırlıkla dolduracaksınız, bu yüzden ağırlığı taşıyabileceğinden emin olun.
- Çubuğun bir ucundan bir teneke folyo kutu veya tabak asın. Tabağın kenarları boyunca küçük delikler açın ve tabağın çubuktan sarkması için içlerinden geçirin.
4 Çubuğun diğer ucundan yatay olacak şekilde bir iğne veya ataş asın. Çubuğun diğer ucundan sarkan ipliğe yatay olarak bir iğne veya ataş bağlayın. Deneyin başarılı olması için iğneyi veya ataşı tam yatay olarak yerleştirmek gerekir.
5 Alüminyum folyo kabı dengelemek için çubuğa hamuru gibi bir şey yerleştirin. Deneye başlamadan önce, traversin yatay olarak yerleştirildiğinden emin olunmalıdır. Folyo tabağı iğneden daha ağırdır, bu nedenle tabağın yanındaki çubuk aşağı düşecektir. Çubuğun karşı tarafına, yatay olacak şekilde yeterince hamuru takın.
- Buna dengeleme denir.
6 Sarkan iğneyi veya ataşı bir su kabına koyun. Bu adım, iğneyi suyun yüzeyine yerleştirmek için ek çaba gerektirecektir. İğnenin suya batmadığından emin olun. Bir kabı suyla (veya yüzey gerilimi bilinmeyen başka bir sıvıyla) doldurun ve iğnenin doğrudan sıvının yüzeyinde olması için asılı iğnenin altına yerleştirin.
- İğneyi tutan ipin yerinde kaldığından ve yeterince sıkı olduğundan emin olun.
7 Küçük bir ölçekte birkaç iğne veya az miktarda ölçülen su damlası tartın. Salıncak üzerindeki alüminyum tabağa bir iğne veya bir damla su ekleyeceksiniz. Bu durumda iğnenin su yüzeyinden tam olarak hangi ağırlıkta çıkacağını bilmek gerekir.
- Pim veya su damlacıklarını sayın ve tartın.
- Bir iğne veya su damlasının ağırlığını belirleyin. Bunu yapmak için toplam ağırlığı pim veya damla sayısına bölün.
- 30 iğnenin 15 gram, ardından 15/30 = 0,5, yani bir iğnenin 0,5 gram ağırlığında olduğunu varsayalım.
8 Bir alüminyum folyo tabağına iğne su yüzeyinden çıkana kadar iğneleri veya su damlacıklarını teker teker ekleyin. Yavaş yavaş bir iğne veya bir damla su ekleyin. Ağırlıktaki bir sonraki artıştan sonra sudan çıkacağı anı kaçırmamak için iğneyi dikkatlice izleyin. İğne sıvının yüzeyinden çıktığında, iğne veya su damlacıkları eklemeyi bırakın.
- Çubuğun karşı ucundaki iğnenin su yüzeyinden çıkmasına neden olan iğne veya su damlacıklarının sayısını sayın.
- Sonucu yazın.
- Daha doğru sonuçlar elde etmek için deneyi birkaç (5 veya 6) kez tekrarlayın.
- Elde edilen sonuçların ortalamasını hesaplayın. Bunu yapmak için, tüm deneylerdeki pim veya damla sayısını ekleyin ve toplamı deney sayısına bölün.
9 Pim sayısını güce dönüştürün. Bunu yapmak için gram sayısını 0.00981 N / g ile çarpın. Yüzey gerilimini hesaplamak için iğneyi su yüzeyinden kaldırmak için gereken kuvveti bilmeniz gerekir. Kuvveti belirlemek için önceki adımda pimlerin ağırlığını saydığınız için, bu ağırlığı 0,00981 N/g ile çarpmanız yeterlidir.
- Tabaktaki pim sayısını bir pimin ağırlığı ile çarpın. Örneğin, her biri 0,5 gram ağırlığında 5 iğne koyarsanız, toplam ağırlıkları 0,5 gram / iğne = 5 x 0,5 = 2,5 gram olur.
- Gram sayısını 0,00981 N / g faktörü ile çarpın: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Bu değerleri denklemin içine yerleştirin ve aradığınız değeri bulun. Deney sırasında elde edilen sonuçlar yüzey gerilimini belirlemek için kullanılabilir. Bulduğunuz değerleri girin ve sonucu hesaplayın.
- Diyelim ki yukarıdaki örnekte iğnenin uzunluğu 0.025 metre. Değerleri denklemde değiştirerek şunu elde ederiz: S = F / 2d = 0.025 N / (2 x 0.025) = 0.05 N / m. Böylece sıvının yüzey gerilimi 0,05 N/m olur.

Yöntem 2/3: Kılcal etki ile

1 Kılcal etki hakkında bilgi edinin. Kılcal olayları anlamak için, önce yapışma ve kohezyon kuvvetlerine aşina olmak gerekir. Yapışma, sıvının cam gibi sert bir yüzeye yapışmasına neden olur. Kohezyon kuvveti nedeniyle sıvının molekülleri birbirini çeker.Yapışma ve kohezyon kuvvetlerinin birleşik etkisi sıvının ince tüplerde yükselmesine neden olur.
- Tüpteki sıvının yükselme yüksekliğinden bu sıvının yüzey gerilimi hesaplanabilir.
- Yapışkan kuvvetler, yüzeyde kabarcıkların ve damlacıkların oluşumuna yol açar. Bir sıvı hava ile temas ettiğinde, sıvının molekülleri birbirine çekilir ve bir kabarcık oluşumuna neden olur.
- Yapışma, sıvının camın duvarlarıyla temas noktalarında fark edilen bir menisküs oluşumuna yol açar. Menisküsün içbükey şekli çıplak gözle görülebilir.
- Kılcal etkinin bir örneği, bir bardak suya yerleştirilmiş bir pipet içindeki bir sıvının yükselmesidir.
2 Yüzey gerilimini belirlemek için denklemi yazın. Yüzey gerilimi aşağıdaki gibi hesaplanır: S = (ρhga / 2), nerede S - yüzey gerilimi, ρ - araştırılan sıvının yoğunluğu, H - tüpteki sıvı yükselişinin yüksekliği, G - sıvıya etki eden yerçekimi nedeniyle yerçekimi ivmesi (9,8 m/s), a kılcal borunun yarıçapıdır.
- Bu denkleme veri koyarken, metrik birimlerde ifade edildiğinden emin olun: kg / m cinsinden yoğunluk, metre cinsinden yükseklik ve yarıçap, m / s cinsinden yerçekimi ivmesi.
- Sıvının yoğunluğu önceden verilmemişse, el kitabında bulunabilir veya yoğunluk = kütle / hacim formülü kullanılarak hesaplanabilir.
- Yüzey gerilimi Newton/metre (N/m) cinsinden ölçülür. Newton, 1 kg * m / s'ye eşittir. Ölçü birimlerini bağımsız olarak belirlemek için, sayısal değerler olmadan sadece denklemde yerine koyun: S = kg / m * m * m / s * m.Pay ve paydada iki metreyi azaltırsak, alırız 1 kg * m / s / m, yani 1 N / m.
3 Yüzey gerilimi bilinmeyen sıvıyı kaba dökün. Sığ bir tabak veya kase alın ve sıvıyı, tabanı 2 ila 3 santimetre kaplayacak şekilde içine dökün. Sıvı miktarı önemli değil, asıl mesele kılcal boruda ne kadar yükseleceğinin açıkça görülmesidir.
- Farklı sıvılarla deney yapacaksanız, içine farklı bir sıvı dökmeden önce tabağı iyice temizleyip kurulayın ya da her seferinde farklı bir kap kullanın.
4 Sıvıya temiz, ince bir tüp daldırın. Bu tüpteki sıvı yükselişinin yüksekliğinden yüzey gerilimini belirleyeceksiniz.Sıvının çanaktaki seviyesinin üzerine ne kadar yükseleceğini açıkça görebilmeniz için boruyu temiz tutun. Ek olarak, borunun sabit bir yarıçapı olmalıdır.
- Yarıçapı ölçmek için, borunun üstüne bir cetvel yerleştirmeniz ve çapı belirlemeniz yeterlidir. Sonra çapı 2'ye bölün ve yarıçapı bulacaksınız.
5 Sıvının plakadaki seviyesinin üzerine çıktığı yüksekliği ölçün. Cetvelin kenarını tepsideki sıvının yüzeyine getirin ve sıvının tüpte ne kadar yükseldiğini belirleyin. Yüzey geriliminin kaldırma kuvveti yerçekiminin çekme kuvvetini aştığı için borudaki su yükselir.
6 Bu değerleri denklemin içine yerleştirin ve hesaplamaları yapın. Gerekli tüm değerleri belirledikten sonra, bunları denkleme yerleştirin ve yüzey gerilimini bulun. Doğru sonucu elde etmek için tüm değerleri metrik birimlere dönüştürdüğünüzden emin olun.
- Diyelim ki suyun yüzey gerilimini ölçüyoruz. Suyun yoğunluğu yaklaşık 1 kg/m3'tür (bu örnekte yaklaşık değerler kullanıyoruz). Yerçekiminden kaynaklanan ivme 9.8 m/s'dir. Tüpün yarıçapı 0,029 m olsun ve su 0,5 m yüksekliğe çıktı Suyun yüzey gerilimi nedir?
- Elde edilen değerleri denklemde değiştirin ve şunu elde edin: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Yöntem 3/3: Madeni Para Kullanarak Göreceli Yüzey Gerilimi Nasıl Belirlenir

1 İhtiyacınız olan her şeyi toplayın. Bu deney için bir damlalığa, kuru bozuk paraya, suya, küçük bir kaseye, bulaşık deterjanına, bitkisel yağa ve bir havluya ihtiyacınız olacak. Bunların tümü evde bulunabilir veya yerel mağazanızdan satın alınabilir. Bulaşık sabunu ve bitkisel yağ olmadan da yapabilirsiniz, ancak karşılaştırma için birkaç farklı sıvıya ihtiyacınız olacak.
- Deneye başlamadan önce madeni paranın temiz ve kuru olduğundan emin olun. Islak madeni para kullanırsanız, yanlış sonuçlar alırsınız.
- Bu deney yüzey geriliminin hesaplanmasına izin vermez, sadece farklı sıvıların yüzey gerilimini karşılaştırmak için kullanılabilir.
2 Madeni paranın yüzeyine bir seferde bir damla sıvı damlatın. Bozuk parayı bir havluya veya ıslanması güvenli başka bir yüzeye koyun. İlk sıvıyı pipete alın ve ardından madeni paraya yavaşça bir damla damlatın. Bunu yaparken damlaları sayın. Madeni paranın dışına sıvı dökülene kadar devam edin.
- Sıvının madeni paranın dışına dökülmesi için kaç damla gerektiğini kaydedin.
3 Bu işlemi farklı sıvılarla tekrarlayın. Sıvıyı her değiştirdiğinizde madeni parayı temizleyin ve kurulayın. Bozuk parayı koyduğunuz yüzeyi de kurulayın. Yeni bir deneyden önce farklı pipetler kullanın veya pipeti temizleyin.
- Suya biraz bulaşık deterjanı eklemeyi deneyin, ardından bir madeni paranın üzerine su damlatın ve yüzey geriliminin değişip değişmediğine bakın.
4 Bir madeni parayı doldurmak için farklı sıvılar için gereken damla sayısını karşılaştırın. Sonuçların doğru olup olmadığını görmek için deneyi aynı sıvıyla birkaç kez tekrarlamayı deneyin. Sonuçların ortalamasını alın: Farklı deneylerdeki damla sayısını toplayın ve toplamı deney sayısına bölün. Farklı sıvıların madeni parayı doldurması için kaç damla gerektiğini yazın.
- Bir madeni parayı doldurmak için belirli bir sıvıdan ne kadar fazla damla gerekiyorsa, bu sıvının yüzey gerilimi o kadar yüksek olur.
- Bulaşık deterjanı suyun yüzey gerilimini düşürür; eklemek, madeni parayı doldurmak için daha az damla alacaktır.