Hoe oppervlaktespanning te meten?

Video: Oppervlaktespanning uitgelegd -Bro Science

Inhoud

Stappen
Methode 1 van 3: Een tuimelaar gebruiken
Methode 2 van 3: Door capillair effect
Methode 3 van 3: Hoe de relatieve oppervlaktespanning te bepalen met behulp van een munt?
Wat heb je nodig

Oppervlaktespanning beschrijft het vermogen van een vloeistof om de zwaartekracht te weerstaan. Water op een tafelblad vormt bijvoorbeeld druppeltjes als watermoleculen door elkaar worden aangetrokken, wat de zwaartekracht tegengaat. Door oppervlaktespanning kunnen zwaardere voorwerpen, zoals insecten, op het wateroppervlak worden vastgehouden. Oppervlaktespanning wordt gemeten in kracht (N) gedeeld door lengte-eenheid (m), of energie per oppervlakte-eenheid. De kracht waarmee watermoleculen op elkaar inwerken (cohesiekracht) creëert spanning, wat resulteert in waterdruppels (of andere vloeistoffen). Oppervlaktespanning kan worden gemeten met een paar eenvoudige items die in bijna elk huis te vinden zijn en een rekenmachine.

Stappen

Methode 1 van 3: Een tuimelaar gebruiken

1 Schrijf de vergelijking voor oppervlaktespanning op. In dit experiment is de vergelijking voor het bepalen van de oppervlaktespanning als volgt: F = 2Sd, waar F - kracht in newton (N), S - oppervlaktespanning in newton per meter (N/m), NS is de lengte van de naald die in het experiment wordt gebruikt. Laten we de oppervlaktespanning uitdrukken uit deze vergelijking: S = F / 2d.
- Aan het einde van het experiment wordt de kracht berekend.
- Voordat u met het experiment begint, gebruikt u een liniaal om de lengte van de naald in meters te meten.
2 Bouw een kleine tuimelaar. Dit experiment gebruikt een tuimelaar en een kleine naald die op het wateroppervlak drijft om de oppervlaktespanning te bepalen.Het is noodzakelijk om de constructie van de tuimelaar zorgvuldig te overwegen, omdat de nauwkeurigheid van het resultaat ervan afhangt. Je kunt verschillende materialen gebruiken, het belangrijkste is om een rekstok te maken van iets hards: hout, plastic of dik karton.
- Bepaal het midden van de staaf (bijvoorbeeld een rietje of plastic liniaal) die je als dwarsbalk gaat gebruiken en boor of pons op deze plek een gat; dit zal het draaipunt van de dwarsbalk zijn, waarop deze vrij kan draaien. Als je een plastic rietje gebruikt, prik er dan gewoon in met een speld of spijker.
- Boor of pons gaten in de uiteinden van de dwarsbalk zodat ze op gelijke afstand van het midden liggen. Haal de draden door de gaten om de gewichtbeker en naald op te hangen.
- Ondersteun indien nodig de balk met boeken of andere voorwerpen die hard genoeg zijn om de balk horizontaal te houden. Het is noodzakelijk dat de dwarsbalk vrij rond een spijker of staaf kan draaien die in het midden zit.
3 Neem een stuk aluminiumfolie en rol het op tot een doos of schotelvorm. Het is helemaal niet nodig dat deze schotel een regelmatige vierkante of ronde vorm heeft. Je vult het met water of een ander gewicht, dus zorg ervoor dat het het gewicht kan dragen.
- Hang een aluminiumfoliedoos of schotel aan het ene uiteinde van de bar. Maak kleine gaatjes langs de randen van de schotel en rijg deze door zodat de schotel aan de bar hangt.
4 Hang een naald of paperclip aan het andere uiteinde van de balk zodat deze horizontaal staat. Bind een naald of paperclip horizontaal aan de draad die aan het andere uiteinde van de staaf hangt. Om het experiment te laten slagen, is het noodzakelijk om de naald of paperclip precies horizontaal te plaatsen.
5 Plaats iets op de bar, zoals plasticine, om de aluminiumfoliecontainer in evenwicht te brengen. Voordat u met het experiment begint, moet u ervoor zorgen dat de dwarsbalk horizontaal is geplaatst. De folieschotel is zwaarder dan de naald, waardoor de balk aan de zijkant van de schotel naar beneden valt. Bevestig voldoende plasticine aan de andere kant van de balk zodat deze horizontaal staat.
- Dit heet balanceren.
6 Plaats de bungelende naald of paperclip in een bak met water. Deze stap vereist extra inspanning om de naald op het wateroppervlak te plaatsen. Zorg ervoor dat de naald niet in het water zakt. Vul een bak met water (of een andere vloeistof met onbekende oppervlaktespanning) en plaats deze onder de hangende naald zodat de naald direct op het oppervlak van de vloeistof komt.
- Zorg ervoor dat het touw dat de naald vasthoudt op zijn plaats blijft en voldoende strak zit.
7 Weeg een paar spelden of een kleine hoeveelheid afgemeten waterdruppels op kleine schaal. Je voegt een speld of een druppel water toe aan de aluminium schotel op de rocker. In dit geval is het noodzakelijk om het exacte gewicht te kennen waarmee de naald van het wateroppervlak zal komen.
- Tel het aantal spelden of waterdruppels en weeg ze.
- Bepaal het gewicht van een speld of druppel water. Om dit te doen, deelt u het totale gewicht door het aantal pinnen of druppels.
- Stel dat 30 spelden 15 gram wegen, dan is 15/30 = 0,5, dat wil zeggen dat één speld 0,5 gram weegt.
8 Voeg een voor een spelden of waterdruppels toe in een schotel van aluminiumfolie totdat de naald van het wateroppervlak komt. Voeg geleidelijk een speld of een druppel water toe. Houd de naald goed in de gaten om het moment niet te missen waarop deze na de volgende gewichtstoename van het water zal komen. Zodra de naald van het oppervlak van de vloeistof komt, stopt u met het toevoegen van spelden of waterdruppels.
- Tel het aantal spelden of waterdruppels waardoor de naald aan het andere uiteinde van de staaf van het wateroppervlak kwam.
- Schrijf het resultaat op.
- Herhaal het experiment meerdere (5 of 6) keer om nauwkeurigere resultaten te krijgen.
- Bereken het gemiddelde van de verkregen resultaten. Om dit te doen, telt u het aantal pinnen of druppels in alle experimenten op en deelt u het totaal door het aantal experimenten.
9 Converteer het aantal pinnen naar sterkte. Om dit te doen, vermenigvuldigt u het aantal gram met 0,00981 N / g. Om de oppervlaktespanning te berekenen, moet u de kracht weten die nodig is om de naald van het wateroppervlak te tillen. Omdat je in de vorige stap het gewicht van de pinnen hebt geteld om de kracht te bepalen, hoef je dat gewicht alleen maar te vermenigvuldigen met 0,00981 N / g.
- Vermenigvuldig het aantal pinnen in de schotel met het gewicht van één pin. Als u bijvoorbeeld 5 pinnen van elk 0,5 gram plaatst, is hun totale gewicht 0,5 gram / pin = 5 x 0,5 = 2,5 gram.
- Vermenigvuldig het aantal gram met een factor 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Vul deze waarden in de vergelijking in en vind de waarde die u zoekt. De resultaten die tijdens het experiment zijn verkregen, kunnen worden gebruikt om de oppervlaktespanning te bepalen. Sluit gewoon de waarden in die u vindt en bereken het resultaat.
- Laten we zeggen dat in het bovenstaande voorbeeld de lengte van de naald 0,025 meter is. Vervanging van de waarden in de vergelijking en we krijgen: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. De oppervlaktespanning van de vloeistof is dus 0,05 N/m.

Methode 2 van 3: Door capillair effect

1 Leer meer over het capillaire effect. Om capillaire verschijnselen te begrijpen, moet men eerst vertrouwd raken met de krachten van adhesie en cohesie. Adhesie zorgt ervoor dat de vloeistof aan een hard oppervlak zoals glas blijft kleven. Door de cohesiekracht worden de moleculen van de vloeistof door elkaar aangetrokken en door de gecombineerde werking van de adhesie- en cohesiekrachten stijgt de vloeistof in dunne buisjes.
- Uit de hoogte van de vloeistof in de buis kan de oppervlaktespanning van deze vloeistof worden berekend.
- Cohesiekrachten leiden tot de vorming van bellen en druppeltjes op het oppervlak. Wanneer een vloeistof in contact komt met lucht, worden de moleculen van de vloeistof door elkaar aangetrokken, waardoor er een bel ontstaat.
- Adhesie leidt tot de vorming van een meniscus, wat merkbaar is op de contactpunten van de vloeistof met de wanden van het glas. De concave vorm van de meniscus is met het blote oog zichtbaar.
- Een voorbeeld van een capillair effect is het opstijgen van een vloeistof in een rietje dat in een glas water wordt geplaatst.
2 Noteer de vergelijking voor het bepalen van de oppervlaktespanning. De oppervlaktespanning wordt als volgt berekend: S = (ρhga / 2), waar S - oppervlaktespanning, ρ - dichtheid van de onderzochte vloeistof, H - de hoogte van de vloeistofstijging in de buis, G - versnelling van de zwaartekracht door zwaartekracht die op de vloeistof inwerkt (9,8 m / s), een is de straal van de capillaire buis.
- Wanneer u gegevens in deze vergelijking invult, zorg er dan voor dat ze worden uitgedrukt in metrische eenheden: dichtheid in kg / m, hoogte en straal in meters, versnelling als gevolg van zwaartekracht in m / s.
- Als de dichtheid van de vloeistof niet vooraf is opgegeven, kan deze worden gevonden in het handboek of worden berekend met de formule dichtheid = massa / volume.
- Oppervlaktespanning wordt gemeten in Newton per meter (N/m). Newton is gelijk aan 1 kg * m/s. Om de meeteenheden onafhankelijk te bepalen, vervangt u eenvoudig alleen deze in de vergelijking, zonder numerieke waarden: S = kg / m * m * m / s * m.Als we twee meter in de teller en noemer verminderen, krijgen we 1 kg * m / s / m, dat wil zeggen 1 N / m.
3 Giet vloeistof met onbekende oppervlaktespanning in de container. Neem een ondiep bord of kom en giet de vloeistof erin zodat deze de bodem 2 tot 3 centimeter bedekt. De hoeveelheid vloeistof maakt niet uit, het belangrijkste is dat duidelijk zichtbaar is hoeveel het zal stijgen in het capillaire buisje.
- Als je gaat experimenteren met verschillende vloeistoffen, maak dan de plaat grondig schoon en droog voordat je er een andere vloeistof in giet, of gebruik elke keer een andere container.
4 Doop een schone, dunne buis in de vloeistof. Uit de hoogte van de vloeistofstijging in deze buis bepaal je de oppervlaktespanning.Houd de slang vrij, zodat u duidelijk kunt zien hoe hoog de vloeistof boven het niveau in de schaal komt. Bovendien moet de buis een constante straal hebben.
- Om de straal te meten, plaatst u eenvoudig een liniaal tegen de bovenkant van de buis en bepaalt u de diameter. Deel vervolgens de diameter door 2 en je vindt de straal.
5 Meet de hoogte waarop de vloeistof boven het niveau in de plaat is gestegen. Verplaats de rand van de liniaal naar het oppervlak van de vloeistof in de bak en bepaal hoe hoog de vloeistof in de buis is gestegen. Het water in de buis stijgt doordat de hefkracht van de oppervlaktespanning groter is dan de trekkracht van de zwaartekracht.
6 Vul deze waarden in de vergelijking in en voer de berekeningen uit. Nadat u alle vereiste waarden hebt bepaald, voegt u ze toe aan de vergelijking en bepaalt u de oppervlaktespanning. Zorg ervoor dat u alle waarden converteert naar metrische eenheden om het juiste resultaat te krijgen.
- Stel dat we de oppervlaktespanning van water meten. De dichtheid van het water is ongeveer 1 kg/m3 (in dit voorbeeld gebruiken we geschatte waarden). De versnelling door de zwaartekracht is 9,8 m/s. Laat de straal van de buis 0,029 m zijn en het water is gestegen tot een hoogte van 0,5 m. Wat is de oppervlaktespanning van het water?
- Vervang de verkregen waarden in de vergelijking en krijg: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Methode 3 van 3: Hoe de relatieve oppervlaktespanning te bepalen met behulp van een munt?

1 Verzamel alles wat je nodig hebt. Voor dit experiment heb je een pipet, een droge munt, water, een kleine kom, afwasmiddel, plantaardige olie en een handdoek nodig. Al deze kunnen thuis worden gevonden of worden gekocht in uw plaatselijke winkel. Je kunt zonder afwasmiddel en plantaardige olie, maar je hebt een paar verschillende vloeistoffen nodig ter vergelijking.
- Zorg ervoor dat de munt schoon en droog is voordat u met het experiment begint. Als u een natte munt gebruikt, krijgt u onnauwkeurige resultaten.
- Met dit experiment kan de oppervlaktespanning niet worden berekend; het kan alleen worden gebruikt om de oppervlaktespanning van verschillende vloeistoffen te vergelijken.
2 Laat één druppel vloeistof per keer op het oppervlak van de munt vallen. Plaats de munt op een handdoek of een ander oppervlak dat veilig nat kan worden. Neem de eerste vloeistof in de pipet en breng vervolgens langzaam één druppel op de munt aan. Tel daarbij de druppels. Ga door totdat er vloeistof buiten de munt komt.
- Noteer hoeveel druppels er nodig waren om de vloeistof buiten de munt te morsen.
3 Herhaal deze procedure met verschillende vloeistoffen. Reinig en droog de munt elke keer dat u vloeistof ververst. Droog ook het oppervlak waarop u de munt plaatst. Gebruik verschillende pipetten of reinig de pipet voor een nieuw experiment.
- Probeer wat afwasmiddel aan het water toe te voegen, druppel dan water op een muntstuk en kijk of de oppervlaktespanning verandert.
4 Vergelijk het aantal druppels dat nodig is voor verschillende vloeistoffen om een munt te vullen. Probeer het experiment meerdere keren met dezelfde vloeistof te herhalen om te zien of de resultaten kloppen. Het gemiddelde van de resultaten: Tel het aantal druppels in verschillende experimenten op en deel het totaal door het aantal experimenten. Schrijf op hoeveel druppels de verschillende vloeistoffen nodig hadden om de munt te vullen.
- Hoe meer druppels van een bepaalde vloeistof nodig zijn om een munt te vullen, hoe hoger de oppervlaktespanning van deze vloeistof.
- Afwasmiddel verlaagt de oppervlaktespanning van het water; als je eraan toevoegt, zijn er minder druppels nodig om de munt te vullen.