Bài 37. Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG
Tại sao con cào cào, kẹp giấy nổi trên mặt nước?




Chất khí
Chất lỏng
Chất rắn
1/Cấu trúc của chất lỏng
a. Mật độ của chất lỏng :
1./So sánh mật độ phân tử các chất ?
So sánh cấu trúc của chất lỏng với chất rắn ?
nk <<< nl < nr
b/Cấu trúc của chất lỏng : cấu trúc trật tự gần ( gần giống chất rắn VĐH)

*/Các phân tử trong mọi chất lỏng luôn tương tác với nhau băng lực tương tác phân tử:
-Đẩy nhau khi nằm cách nhau một khoảng bé hơn ro.
-Hút nhau khi nằm cách nhau một khoảng lớn hơn ro.
-Khoảng cách ro gọi là bán kính tác dụng của phân tử.
*/Nếu phân tử nằm sâu trong chất lỏng chịu các lực hút cân bằng về mọi phía của các phân tử bao quanh nó trong hình cầu bán kính ro.
*/Nhưng đối với phân tử nằm cách mặt thoáng chất lỏng một khoảng nhỏ hơn ro, thì bị các lực hút tổng hợp hướng vào trong chất lỏng và vuông góc mặt ngoài chất lỏng.
Chuyển động nhiệt ở chất lỏng
Các phân tử chất lỏng chuyển động thế nào ?
Dao động quanh 1 vị trí cân bằng thỉnh thoảng đổi chỗ mới .

*/Vì chuyển động nhiệt nên một số phân tử phía trong lại ra phía ngoài. Nhưng số phân tử bị hút vào phía trong sau mỗi đơn vị thời gian lớn hơn nhiều so với số lượng phân tử chuyển ra mặt ngoài. Do đó số phân tử mặt ngoài luôn bị giảm, và mặt ngoài luôn bị co nhỏ lại cho tới khi trạng thái cân bằng động được thiết lập .
Lực do màng căng này được gọi là lực căng bề mặt
Lực do màng căng này có chiều sao cho có tác dụng thu nhỏ diện tích mặt thoáng
QUAN SÁT HT
2/ Lực căng bề mặt :
Lực căng bề mặt tác dụng lên đường giới hạn của mặt thoáng:
*phương vuông góc với đường giới hạn , tiếp tuyến với mặt thoáng
*chiều hướng về phía mặt thoáng ( thu nhỏ diện tích mặt thoáng
* Độ lớn : F = σ.l
σ : hệ số căng bề mặt(N/m), phụ thuộc bản chất , t0 chất lỏng
l :là chiều dài đường giới hạn (m)
Lưu ý : Nhờ tác dụng thu nhỏ diện tích mặt thoáng của lực căng bề mặt mà khi khối chất lỏng không chịu tác dụng của lực hoặc hợp lực bằng không thì : chất lỏng đều có dạng hình cầu
Giọt nước khi bắt đầu rơi
Giọt anilin có DA = Ddd muối
Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng
I. Mục đích thí nghiệm:
Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng.
Đo hệ số căng bề mặt.
II. Dụng cụ thí nghiệm
Lực kế 0,1N có độ chia nhỏ nhất 0,001N.
Vòng kim loại (nhôm) có dây treo.
Hai cốc nhựa A, B đựng nước, nối thông nhau bằng một ống cao su Silicon .
Thước kẹp 0-150mm, độ chia nhỏ nhất 0.1 mm, hoặc 0,05 ; 0,02 mm .
Giá treo lực kế .
Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng : một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng. Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này : F = Fc + P
Đo P và F ta xác định được lực căng bề mặt Fc tác dụng lên vòng.

Giá trị lực cang bề mặt tác dụng lên một đơn vị dài của chu vi gọi là hệ số cang bề mặt ? của chất lỏng. Gọi L1 là chu vi ngoài và L2 là chu vi trong của chiếc vòng, ta tính được hệ số cang bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ nghiên cứu :
ở đây D và d là đường kính ngoài và đường kính trong của vòng.
IV. Giới thiệu dụng cụ đo.
*Chiếc vòng kim loại ( nhôm ) dùng trong thí nghiệm này là loại vật rắn có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần nghiên cứu (nước). Trước khi đo cần lau sạch các chất bẩn bám vào mặt vòng, để có kết quả đo chính xác.
* Thước kẹp dùng đo chu vi ngoài và chu vi trong của chiếc vòng
III. Trình tự thí nghiệm
A - Đo lực căng Fc
1.Lau sạch chiếc vòng bằng giấy mềm. Móc dây treo vòng vào lực kế 0,1N, rồi treo lực kế vào thanh ngang của giá đỡ để đo trọng lượng P của chiếc vòng. Lặp lại phép đo P thêm 4 lần và ghi các giá trị đo được vào bảng.
2.Đặt hai cốc A, B có ống cao su nối thông nhau lên mặt bàn. Đổ chất lỏng cần đo hệ số căng mặt ngoài (nước cất, hoặc nước sạch) vào hai cốc, sao cho lượng nước chiếm khoảng 50% dung tích mỗi cốc. Đặt cốc A ngay dưới vòng nhôm đang treo trên lực kế. Đặt cốc B lên mặt tấm đế của giá đỡ (mặt tấm đế cao hơn mặt bàn khoảng 30mm ). Sau khi mực nước trong hai cốc ngang bằng nhau, nới vít hãm khớp đa năng để hạ lực kế xuống thấp dần sao cho mặt đáy của chiếc vòng nằm cách mặt nước khoảng 0,5cm. Điều chỉnh dây treo vòng sao cho mặt đáy của vòng song song với mặt nước.
3. Kéo nhẹ móc treo vật của lực kế để cho đáy vòng nhôm chạm đều vào mặt nước, rồi buông tay ra. Dưới tác dụng của lực dính ướt và lực căng bề mặt, vòng nhôm bị màng nước bám quanh đáy vòng giữ lại.
4.Hạ cốc B xuống mặt bàn để nước trong cốc A lại từ từ chảy sang cốc B. Quan sát vòng và lực kế, ta thấy đáy vòng như bị "dính" vào mặt nước, nên khi mặt nước trong cốc A hạ xuống thì vòng bị kéo xuống theo, làm cho số chỉ trên lực kế tăng dần. Cho đến khi bắt đầu xuất hiện một màng chất lỏng bám quanh chu vi đáy vòng ở vị trí cao hơn mặt thoáng, thì số chỉ trên lực kế không tăng nữa, mặc dù mặt chất lỏng tiếp tục hạ xuống và màng chất lỏng bám quanh vòng tiếp tục bị kéo dài ra, trước khi nó bị dứt đứt. Giá trị lực F chỉ trên lực kế ở thời điểm ngay trước khi màng lỏng bị đứt , đúng bằng tổng của trọng lượng P của vòng và độ lớn Fc của lực căng bề mặt chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng. Ghi giá trị của lực F vào bảng.
5. Đặt lại cốc B lên mặt tấm đế và lặp lại thêm 4 lần các bước 3 và 4. Ghi các giá trị lực F đo được vào bảng
IV- Đo đường kính ngoài và đường kính trong của vòng.
1. Dùng thước kẹp đo 5 lần đường kính ngoài D và đường kính trong d của vòng, ghi vào bảng.
Ghi chú : Trong trường hợp đáy vòng được vát mỏng sao cho D ? d thì tổng chu vi vòng có thể xác định theo công thức L1+ L2 ? 2?D. Như vậy ta chỉ cần đo đường kính ngoài D của chiếc vòng.
2. Kết thúc thí nghiệm : Nhấc vòng ra khỏi lực kế, lau khô và cất trong hộp nhựa sạch.
TRƯỜNG ĐHSP HUẾ
TỔ MỘT