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

§o hÖ sè c¨ng bÒ
mÆt cña chÊt láng


I. Mục đích
1. Khảo sát hiện tơng căng bề mặt
của chất lỏng
2. Đo hệ số căng bề mặt của chất
lỏng.


II. Dông cô thÝ nghiÖm
1. Lùc kÕ 0,1N cã ®é chia nhá nhÊt
0,001N.
2. Vßng kim lo¹i (nh«m) cã d©y treo.
3. Hai cèc nhùa A, B ®ùng níc nèi
th«ng nhau b»ng mét èng cao su
Silicon.
4. Thíc kÑp 0 – 150 mm, ®é chia nhá
nhÊt 0,02 mm.
5. Gi¸ treo lùc kÕ .


III. Cơ sở lý thuyết
Phươngưphápưđoưlựcưcăngưbềưmặtưvàưhệưsốưcăngưbềưmặt:
ư Mặt thoáng của chất lỏng luôn có các lực căng, theo phơng tiếp
tuyến với mặt thoáng. Những lực căng này làm cho mặt thoáng của
chất lỏng có khuynh hơng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng đợc
gọi là những lực căng bề mặt ( hay còn gọi là lực căng mặt ngoài)
của chất lỏng.
Có nhiều phơng 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 ớt 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 đợc nâng lên
trên mặt thoáng, nó không bị bứt
ngay ra khỏi chất lỏng : một màng
chất lỏng xuất hiện, bám quanh
chu vi trong của vòng, có khuynh
hớng 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 ớt 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 phơng chiều
với trọng lực P của vòng. Giá trị F đo
đợc trên lực kế bằng tổng của hai lực
này:
F = Fc + P
Đo P và F ta xác định đợc lực căng
bề mặt Fc tác dụng lên vòng.

Giá trị lực căng bề mặt tác dụng lên một
đơn vị dài của chu vi gọi là hệ số căng
bề mặt của chất lỏng. Gọi L1 là chu vi
ngoài và L2 là chu vi trong của chiếc
vòng, ta tính đợc hệ số căng bề mặt
của chất lỏng ở
Fc nhiệtF độ
P nghiên cứu:
=
=
L1 + L2 ( D + d )
ở đây D và d là đờng kính ngoài và đ
ờng kính trong của vòng.


IV. Giới thiệu dụng cụ đo
1. Chiếc vòng kim loại (nhôm) dùng trong thí
nghiệm bài này là loại vật rắn có tính dính ớt
hoàn toàn đối với chất lỏng cần nghiên cứu( n
ớc ). Trớc khi đo cần lau sạch các chất bẩn bám
vào mặt vòng, để có kết quả đo chính xác.
2. Thớc kẹp dùng đo chu vi ngoài và chu vi
trong của chiếc vòng là loại dụng cụ đo chiều
dài chính xác hơn thớc milimét. Độ chia nhỏ
nhất của thớc kẹp, tuỳ loại, có thể đại tới 0,1;
0,05 hoặc 0,02 mm.

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
ngangcủa giá đỡ để đo trọng lợng P
của chiếc vòng. Lặp lại phép đo P
thêm 4 lần và ghi các giá trị đo đợc
vào bảng 40.1.


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( n
ớc cất, hoặc nớc sạch) vào hai cốc, sao
cho lợng nớc chiếm khoảng 50% dung
tích mỗi cốc. Đặt cốc A ngay dới 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 nớc trong hai cốc
ngang bằng nhau, nâng cốc B cho nớc
chảy sang cốc A, đến khi mặt nớc
tiếp xúc với mặt đáy của vòng nhôm
thì dừng lại.


3. Hạ cốc B xuống mặt bàn để nớc
trong cốc A lại từ từ chảy sang
cốc B. Quan sát vòng và lực kế,

ta thấy đáy vòng nh bị dính
vào mặt nớc nên khi mặt nớc
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, trớc khi nó bị dứt đứt.
Giá trị lực F chỉ trên lực kế ở thời điểm
ngay trớc khi màng lỏng bị đứt, đúng
bằng tổng của trọng lợng 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.


5. Đặt lại cốc B lên mặt tấm đế và
lặp lại thêm 4 lần các bớc 3 và 4.
ghi các giá trị lực F đo đợc vào
bảng 40.1.


B. Đo đờng kính ngoài và đờng kính
trong của vòng.

1. Dùng thớc kẹp đo 5 lần đờng kính
ngoài D và đờng kính trong d của
vòng, ghi vào bảng 40.2.
Ghi chú : Tromg trờng hợp đáy vòng đợc
vát mỏng sao cho D ~d thì tổng chu vi
vòng có thể xác định theo công thức L1
+ L2 2 .D. Nh vậy ta chỉ cần
đo đờng
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.


Báo cáo thực hành
Họ và
tên.....................Lớp............Ngày.............
Tên bài thực
hành...............................................
I Trả lời câu hỏi
* Nêu ví dụ về hiện tợng dính ớt và không
dính ớt của chất lỏng?
* Lực căng bề mặt là gì? Nêu phơng pháp
dùng lực kế đo lực căng bề mặt và xác
định hệ số căng bề mặt. Viết công thức
thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt
theo phơng pháp này?


Kết quả thực hành

Độ chia nhỏ nhất của lực kế : 0,001
Lần đo

1
2
3
4
5
Giá trị

P
(N)

F
(N)

Fc = F
P
(N)

Fc
(N)


B¶ng 40.2
§é chia nhá nhÊt cña thíc kÑp : 0,05 mm
LÇn ®o
1
2
3

4
5
TB

D
(mm)

∆D
(mm)

d
(mm)

∆d
(mm)


Tính giá trị trung bình, sai số tuyệt
đối và sai số tuyệt đối trung bình
của các lực P, F, đờng kính D, d và
ghi vào bảng 40.1 và bảng 40.2.

Tính giá trị trung bình của hệ số
căng mặt ngoài của nớc :

Fc
=
= ..............
(D + d )

• TÝnh sai sè tû ®èi cña phÐp ®o:
∆σ ∆Fc ∆π ∆D + ∆d
δσ =
=
+
+
= .........
σ
Fc π
D +d

• trong ®ã :
•
∆Fcsè=dông
∆Fc cô
+ cña
2∆Flùc
' kÕ, lÊy b»ng
• ( ∆ F’ lµ sai
mét nöa ®é chia nhá nhÊt cña lùc kÕ)

∆D =∆ d’
∆Dlµ
+ ∆sai
D' ;sè
∆d dông
= ∆d +cô
∆dcña
' thíc kÑp,

• (∆ D’ vµ

lÊy b»ng mét ®é chia nhá nhÊt cña thíc kÑp)


Tính sai số tuyệt đối của phép
đo: = . = ........................

= quả
+ =của
..........phép
..................đo:
Viết kết
Chú ý: Giá trị của phụ thuộc
nhiệt độ và độ tinh khiết của n
ớc. Với nớc cất ở 200C ngời ta đo đ
ợc = 73,0.10-3 N/m.