Сұйықтың беттік керілу коэффицентін анықтау

№4  Лабораториялық жұмыс.

 

                    Сұйықтың беттік керілу коэффицентін  анықтау.

1. Жұмыстың мақсаты: Әр түрлі сұйықтардың беттік керілу коэффицентін тәжірибелік жолмен анықтау.
2. Керекті құрал-жабдықтар: Шыны бюретка,әр түрлі стакандар сақиналар және ванна,таразы мен кірлер, әр түрлі сұйық ерітінділері (дистиленген су, тұз ерітіндісі, мыс купоросы ерітіндісі)

Жұмысты орындау үшін мыналарды білу керек.

1. Беттік керілу керілу құбылысының пайда болуының теориясы.
2. Беттік керілу коэффицентінің физикалық мәні.
3. Молекулалық қысымның пайда болу себебі.
4. Тәжірибе жолымен беттік керілу коэффицентін анықтау,

үшін төменгі формулалардың қорытылып шығарылуы:

                         - сақинаның үзілу тәсілімен және

 - тамшы сыны есептеу тәсілімен.

Мұндағы Р- сақинаны сұйық бетімен алатын күш.

                Д1- сақинаның сыртқы диаметрі, Д2- ішкі диаметр.

                =  3,14 (тұрақты сан)

                Р0 – стаканның салмағы, Р1 –стаканмен қоса 100 тамшы дистиленген судың салмағы.

                Р2- стаканмен қоса 100 тамшы ерітіндінің салмағы

                 = 0,073 Н/м-дистиленген судың беттік керлу коэффициенті.

5. Жұмыстың аяғында өлшемдер қателігін есептеп, кестелерді толтыру қажет, өлшемдердің бәрін ХБ жүйеде алған жөн.

   1-жаттығу.

1- кесте

Тамшыны есептеу тәсілі.

1. Бос сумен бюретка және стакандарды тазартып жуады. 
2. Бір стаканды құрғатып,салмағын өлшеп алады.
3. Бюреткаға дистиленген су құйылады.
4. Бюретка кранын ашып , тамшының жиілігін  есептеуге ыңғайлап, реттеп, таза стаканды қойып, 100 тамшы алады да, оның салмағын стаканмен қосып өлшеп алады.
5. Тәжірибені 3 рет қайталағаннан кейін , дистиленген суды өз ыдысына қайта құйып , бюреткаға басқа ерітінді  құйылады
6. Осындай әдіспен бұл ертінділердің 100 тамшыларының стаканмен қосылған салмағын өлшеп алады.
7. Осыдан соң беттік керілу коэффицентін Na CI және  СиSO4 ерітінділері үшін мына формуламен есептейді: = 0
8. № 2 кестені толтырып өлшем қателіктері есептелінеді.
9. Бюреткамен ыдыстар жұмыс аяғында жуылуы керек.

2- кесте

 

Тәж.саны	Зерттелетін зат	Р0	Р1	Р2	0		орт		%
1. 2. 3.	Дистиленген су				Н/м
1. 2. 3.	Сабынды су				0,0073
1. 2. 3.	Тұз ертідісі

                                               Жұмыстың қысқаша теориясы.  

    Заттың сұйық  күйі газ бен қатты дене аралығында сұйықтың молекулалары газ молекулаларына қарағанда бір біріне жақын орналасқан. Тартылу,тебілу күштерінің мәндері де үлкенірек. Сұйық көлемін сақтайды, бірақ формасын сақтамайды. Сұйық молекулаларына тән қасиет: салыстырмалы аз сығылғыштық , ішкі қысым, аққыштық  ішкі үйкеліс, тұтқырлық және беттік құбылыстар, беттік керілу  және жұққыштық, капиллярлық.

     Беттік керілу  құбылысын қарастырайық: ол үшін  сұйықтың бетіндегі А молекулаға  және сұйықтың ішіндегі В молекулаға  оларды қоршаған молекулалар тарапынан әсер етуші күштерді қарастырайық. Олардың әрқайсысына қоршаған молекулалар тарапынан тарту күштері әсер етеді. В молекуласына ол күштері жан-жағынан бірдей шамамен әсер етеді де, ол күштер бір-бірімен теңгеріледі.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сұйық бетінен r-ден (молекулалар өлшемі) аз қашықтықта жатқан молекула бұдан гөрі өзгеше жағдайда болады. Сұйықтың тығыздығы оның буының (немесе сұйықпен шекаралас жатқан газдың) тығыздығынан әлдеқайда көп болғандықтан, қалыңдығы r беттік қабатта жатқан молекулаға сұйықтың ішіне қарай бағытталған күш әсер етеді. Молекула неғұрлым сұйық бетіне жақын жатса,  қорытқы күш шамасы соғұрлым үлкен болады. Сондықтан сұйықтың бетінде жатқан А молекулаға сұйықтың ішіне қарай бағытталған күш әсер етеді. Бұл күш сұйық бетіндегі молекулаларды оның ішіне енгізуіне тырысады. Сұйықтың бетінде жатқан А молекулаға , сұйық бетіне жанама және оған перпендикуляр бағытта сұйықтың ішіне қарай бағытталған молекулалық тартылыс күші әсер етеді.

       Сұйық  бетіне перпендикуляр бағытталған және өзінен төмен жатқан қабаттарды сығатын күшті молекулааралық қысым күші деп атайды.

      Сұйықтың  бетімен бағытталған және осы  бетті қысқартуға тырысатын күш  беттік керілу күші деп аталады. Осы күштің әсерінен сұйықтың  беттік қабаты, қысқаруға тырысатын, созылмалы әрі серпінді қабықша сияқты күйге келеді. Міне осындай қабықшаны тепе-теңдікте ұстау үшін, оның шекаралық сызығының бойымен сұйық бетіне беттік керілу күшіне тең әсерлі күш /Ғ/ түсірілу керек. Қабықша шекарасының ұзындығы неғұрлым үлкен болса, Ғ күші де соғұрлым   көп болады,яғни   Ғ= L  мұндағы - беттік керілу коэффиценті, сонымен беттік керілу коэффиценті сұйық беті шекарасының бірлік ұзындығына әсер ететін беттік керілу күші арқылы анықталады. ХБ жүйесінде беттік керілу коэффиценті Н/м бірлігімен өлшенеді. Беттік керілу күші, әрқашан да сұйық бетіне жанама бойымен және әсер ететін бөліктерінің контурына перпендикуляр бағытталады. Беттік керілу күшін /Ғ/ біле отырып, сұйық бетінің ауданын   S  шамасына арттыруға қажетті А жұмысты есептен шығаруға болады.

       Төменгі  қабырғасы ұзындығы (L=ВС сымы) жылжымалы тік бұрышты сым каркасты 4- сурет қарастырайық. Ол каркас екі беттік қабаты бар сабын қабықшасымен қапталған екен дейік.                

Беттік керілу күшінің әсерінен қабықтың еркін беті қысқаруға ұмтылады. Осы қабықшаны тепе-теңдікте ұстап тұру үшін. (1) формула бойынша СВ сымға шамасы мынадай күш әсер етеді;  F=2       (2)

Ұзындығы сұйық бетінің шекарасы F күштің әсер ету бағыты бойынша қашықтыққа ығыссын. Бұл кезде істелетін жұмыстың шамасы немесе 2 формуласын ескерсек, немесе болады. Осыдан             (3)

Мұндағы сұйықтың еркін беті ауданының өсімшесі (3) – формула бойынша сұйықтың беттік керілу коэффициенті. Сұйық бетін аудан бірлігіне ұлғайтуға жұмсалатын жұмыспен анықталады. Сондықтан ХБ жүйесінде беттік керілу коэффициентін Н.м – мен ғана емес, әрі Дж/м2  - пен де өлшеуге болады.

         Молекулалар арасындағы байланысы  өте берік сұйықтың беттік  керілу коэффициенті де барынша  үлкен болады. Мысалы, сынаптың өз  буымен салыстырғандағы беттік  керілу коэфициенті (  t=200 C) 484 10-3, ал дәл осындай жағдайдағы этил спиртінікі -  227  10-3 Дж/м2. Берілген спирттің беттік керілу коэффициенті температураға және сұйық ішіндегі қоспаға, әсіресе беттік активтік заттың (майлы қышқыл, сабын, спирттер және т,б) қоспасына айрықша тәуелді болады. Себебі зерттелетін сұйық молекуласын сұйық молекуласын сұйық бетіне шығарғаннан гөрі мұндай заттардың молекуласын шығаруға энергия аз жұмсалады. Беттік активті заттарға керсінше, кейбір заттар мысалы (қант,әр түрлі тұз ертінділері) беттік керілуді арттырады

      - ның температураға тәуелділігін былай түсіндіруге болады. Температура жоғарылаған сайын сұйық молекулалары арасындағы өзара әсерлеу күші әлсірейді. Сондықтан беттік керілу азаяды. Сұйық пен оның буының арасын бөліп тұратын шекара жойылатын кризистік температураға жақындағанда, сұйықтың беттік керілу коэффиценті нөлге айналады.

        Сұйықтарда  кездесетін жұғу, сұйық бетіндегі  толқындар , капиллярлық және т.с.с. құбылыстар беттік керілу арқылы  түсіндіріледі.

        Тәжірибе  сұйықтың еркін беті  ыдыс қабырғасына жақындағанда иіліп, қисаятынын көрсетеді. Сұйықтың осындай имек беті “мениск”- деп аталады.

Сұйық қатты денемен жанасқанда сұйық молекулаларының бір-бірінің әсерлесу күштерімен қатар, қатты дене молекулалары арасындағы әсерлеу күштерін ескеру керек. Егер сұйық молекулаларының арасындағы әсерлесу күштері қатты денемен сұйық молекулаларының арасындағы әсерлеу күшінен басым болса, онда сұйық қатты денеге жұқпайды (дөңес мениск). Жұқпайтын сұйықтың қатты денеге жанасып жатқан қабатындағы қорытқы күш сұйықтың ішіне қарай бағытталған 5 б-сурет. Жұқпайтын сұйық өте  кішкене тар тесіктен ағып шыға алмай, тесікке кептеліп тұрып қалады. Егер сұйық молекулалары арасындағы әсерлесу күшінен аз болса, онда сұйық қатты денеге жұғады (ойыс мениск). Жұғу кезінде қорытқы күш қатты денеге жанасып жатқан сұйық қабатынан қатты денеге қарай бағытталады 3а сурет.

Бұл жағдайда жиекті бұрыш сүйір болады.     =0 болғанда сұйық толық жұғады.

 

       Пысықтау сұрақтары.

 

1. Сұйықтың молекулалаық-кинетикалық құрылысының ерекшеліктері қандай?
2. Молекулалаық қысым деген не, ол қалай пайда болады?
3. Сұйықтың беттік керілу коэффиценті қалай анықталады?

 

                                     Әдебиеттер.

1. Б.С. Арызханов. Биологиялық физика.1990ж.
2. Ж.Абдуллаев. Жалпы физика курсы. 1991 ж.
3. И.В.Савельев. Жалпы физика курсы. ІІ- том.
4. № 5 лабораториялық жұмысының нұсқауы.