Bài 40. Thực hành: Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng

* Hiện tượng dính ướt, không dính ướt của chất lỏng
HU?NG D?N TH� NGHI?M V� TH?C H�NH:
Kh?o sát các hiện tượng mặt ngoài của chất lỏng
Chương trình lớp 10
* Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng
* Kh?o sát hiện tượng cang mặt ngoài của chất lỏng
* Quan sát hiện tượng mao dẫn.
Kh?o sát các hiện tượng mặt ngoài của chất lỏng
I. Mục đích thí nghiệm
Kh?o sát hiện tượng dính ướt,không dính ướt của chất lỏng.
Kh?o sát hiện tượng cang mặt ngoài của chất lỏng
II. Trình tự thí nghiệm
1. Khảo sát sự dính ướt và không dính ướt
a. Lau sạch bản thuỷ tinh. Nhỏ một giọt nước lên mặt bản thuỷ tinh. Quan sát thấy gịot nước chảy lan ra và bám dính vào mặt bản. Dốc nghiêng bản thuỷ tinh, giọt nước vẫn bám dính vào mặt bản, không bị lăn và rơi xuống phía dưới.
b. Làm thí nghiệm tương tự như trên đối với mặt bản nhựa phẳng, mặt bản nhôm phẳng để trần hoặc mặt bản nhôm có dán lớp nilông mỏng. Quan sát xem mặt bản nào bị nước dính ướt ? mặt bản nào không bị nước dính ướt ?
Chú ý : Mặt bản nào không dính ướt nước thì giọt nước giỏ xuống mặt của nó sẽ vo tròn lại và bị dẹt xuống (do tác dụng của trọng lực), đồng thời khi dốc nghiêng mặt bản thì giọt nước sẽ lăn xuống phía dưới.
Khảo sát hiện tượng căng mặt ngoài :

a. Pha xà phòng (nên dùng loại xà phòng nước gội đầu) vào nước sạch đựng trong cốc nhựa để được dung dịch xà phòng .
b. Cầm cán nhựa của khung dây đồng và nhúng ngập khung dây vào dung dịch xà phòng. Sau đó nhấc nhẹ khung dây đồng ra khỏi dung dịch xà phòng. Quan sát thấy mặt vòng dây đồng và vòng dây chỉ nằm trong nó đều bị phủ kín bởi màng mỏng dung dịch xà phòng, đồng thời vòng dây chỉ khi đó có hình dạng bất kì.
c. Dùng đầu chiếc đũa hoặc chiếc que tre chọc nhẹ vào phần màng xà phòng nằm trong vòng dây chỉ. Ngay khi phần màng xà phòng này bị thủng, vòng dây chỉ sẽ bị các lực căng của phần màng xà phòng còn đọng lại trên khung dây đồng kéo nó căng đều về mọi phia và tạo thành một vòng tròn. Vì hình tròn có diện tích lớn nhất trong số các hình có cùng chu vi với nó nên ta suy ra phần màng xà phòng còn đọng lại trên mặt khung dây đồng có diện tích nhỏ nhất.
2. Khảo sát hiện tượng căng mặt ngoài :
Khảo sát hiện tượng căng mặt ngoài :
Quan sát hiện tượng mao dẫn .
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 .
Đo lực căng và hệ số căng bề mặt bằng lực kế nhạy.
III. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp đo lực căng bề mặt và hệ số căng bề mặt :
Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm chonmặt thoáng của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là những lực căng bề mặt (hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng.
F
chiếc vòng
dây treo
màng nước
III. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp đo lực căng bề mặt và hệ số căng bề mặt :
Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm chomặt thoáng của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là những lực căng bề mặt ( hay còn gọi là lực căng mặt ngoài ) của chất lỏng.
Có nhiều phương pháp đo lực căng bề mặt. Trong bài này ta dùng một lực kế nhạy (loại 0,1N), treo một chiếc vòng bằng nhôm có tính dính ướt hoàn toàn đối với chất lỏng cần đo
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
V. 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
B- 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.
Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng
Báo cáo thực hành
Họ và tên :................................... Lớp : .................. Ngày :.......
Tên bài thực hành :......................................................................

Kết quả TH
Kết quả TH
Viết kết qu? của phép đo :
+?? = ...........................
 =
1.Tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối và sai số tuyệt đối trung bình của các lực P, F, đường kính D, d và ghi vào bảng1 và bảng 2.
Tính giá trị trung bỡnh của hệ số cang bề mặt của nước
Tính sai số tỷ đối của phép đo :
trong đó
(?F` là sai số dụng cụ của lực kế, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của lực kế )
(D’, d/ lµ sai sè dông cô cña th­íc kÑp, lÊy b»ng mét ®é chia nhá nhÊt cña th­íc kÑp )
Tính sai số tuyệt đối của phép đo :

Kết quả
 =  ±  = 0.0662 ± 0.0037 (N/m)