2.1. Xây dựng các thiết bị thắ nghiệm
2.1.3. Các thắ nghiệm định lượng xác định lực căng mặt ngoài
2.1.3.1. Xác định lực căng mặt ngoài bằng cách đo lực tác dụng lên thanh trượt của màng xà phòng.
a) Mục đắch thắ nghiệm
Giúp đo được hệ số căng mặt ngoài của màng xà phòng nhờ việc xác định tổng khối lượng móc treo và thanh chạy gi a 2 khung ch U để cân bằng với lực căng của màng xà phòng phắa trên.
b) Cơ sở lắ thuyết
Thanh kim loại có khả năng di chuyển dọc theo 2 khung dây đồng ch U được đặt theo phương thẳng đứng. Khi có màng xà phòng ở khoảng gi a
khung, thanh kim loại sẽ chạy lên trên do lực căng của màng xà phòng kéo. Treo các móc treo nhỏ vào gi a thanh cho đến khi màng xà phịng dãn ra, thanh khơng chạy lên n a mà nằm cân bằng. Lúc này, tổng trọng lượng của các móc treo và thanh sẽ bằng với độ lớn lực căng do màng xà phòng tác dụng lên thanh.
c) Dụng cụ:
- Dung dịch xà phòng.
- Một số móc cỡ 10mg (hình 2.9).
- Hai khung dây ch U uốn (dây đồng Φ = 1.5mm).
- Thanh trượt AB bằng đồng thau (Φ = 0.4mm) có chỗ treo móc ở gi a
(Hình 2.10) Hình 2.9 P ur C F uur C F uur
Hình 2.10
- Cân điện tử chắnh xác đến mg.
d) Tiến hành thắ nghiệm:
- Tạo màng xà phòng ABCD, màng lập tức co lại, đặt mặt AỖBỖCD theo
phương thẳng đứng (Hình 2.11)
- Dùng kẹp treo các móc đến khi màng dãn ra và thanh AB nằm cân bằng (Hình 2.12)
\
Hình 2.12
- Dùng cân điện tử, xác định trọng lượng tổng cộng của thanh AB và các
móc đã treo vào (Hình 2.13).
- Làm thắ nghiệm với hai khung khác nhau. Ghi kết quả thắ nghiệm vào bảng sau đây là kết quả đo được.
Bảng 2.1. Kết quả thắ nghiệm xác định độ lớn của lực căng mặt ngoài
Lần TN Khung Chiều dài(m) M (g) P (N) F = P/2 i
Lần 1 Khung 1 3.10 -2 0,27 2,7.10-3 1,35.10-3 0,0450 Khung 2 4.10-2 0,38 3,8.10-3 1,90.10-3 0,0475 Lần 2 Khung 1 3.10 -2 0,26 2,6.10-3 1,30.10-3 0,0433 Khung 2 4.10-2 0,36 3,7.10-3 1,85.10-3 0,0463 (N/m). (N/m)
Vậy hệ số căng mặt ngồi của dung dịch xà phịng là: (N/m)
e) Lưu ý:
- Tránh chỗ bụi và gió khi tiến hành thắ nghiệm, khung dây phải sạch.
- Đặt móc nhẹ nhành, chắnh xác, các móc nhọn loại có khối lượng nhỏ (cỡ
mg) cho thắ nghiệm có tắnh khách quan.
- Khung phải gi cho thẳng, thanh AB trượt dễ dàng.
2.1.3.2. Xác định lực căng mặt ngoài bằng cách nâng khung dây đồng ra khỏi mặt chất lỏng.
a) Mục đắch thắ nghiệm
Giúp đo được hệ số căng mặt ngồi của dung dịch xà phịng nhờ việc xác định lực nâng một đoạn dây đồng ra khỏi mặt thoáng dung dịch xà phòng.
b) Cơ sở lắ thuyết
Một đoạn dây đồng dạng trụ mỏng ban đầu chìm trong cốc chứa dung dịch xà phòng, khi được nâng chậm lên khỏi mặt dung dịch sẽ tạo ra một màng mỏng gi a dây và mặt thống. Khi màng ổn định, dây nằm cân bằng, thì lực nâng dây sẽ cân bằng với lực căng màng xà phòng tác dụng lên dây.
Sử dụng cân điện tử đặt dưới cốc để xác định độ lớn lực nâng dây. Từ số liệu thắ nghiệm sẽ tắnh được tổng hợp lực căng mặt ngoài và xác định được hệ số căng mặt ngồi theo cơng thức =
2
F P
d
trong đó d là độ dài đoạn dây đồng
tạo màng.
c) Dụng cụ:
Dung dịch xà phòng; khung dây đồng thau (Φ = 1mm); dây đo bằng đồng (Φ = 0.4mm); cân điện tử chắnh xác tới mg (hình 2.14)
Hình 2.14
d) Tiến hành thắ nghiệm:
Hình 2.15
- Cốc đựng dung dịch xà phòng đặt lên cân điện tử.
- Đặt cốc đựng dung dịch xà phòng và cân sao cho đoạn dây O1O2 nằm
chìm ngập hồn tồn trong dung dịch.
- Bấm nút ỘTareỢ trên cân điện tử để cân hiển thị về giá trị 0.
- Vặn ren xoáy trên trụ đỡ để nâng dần dây đồng lên khỏi mặt thống và
tao ra màng xà phịng gi a dây và mặt thống dung dịch (Hình 2.16)
- Lúc này dây cân bằng. Đọc số chỉ khối lượng m trên cân (cân sẽ hiển thị giá trị âm do lực kéo của dây hướng lên trên) để ghi vào bảng tắnh tốn số liệu (Hình 2.17)
Hình 2.17
- Kết quả thu được ghi vào bảng 2.2.
Bảng 2.2. Kết quả thắ nghiệm xác định độ lớn của lực căng mặt ngoài
Lần TN Khung Chiều dài (m) M (g) P (N) F = P/2 i
Lần 1 Khung 1 3.10 -2 0,25 2,5.10-3 1,25.10-3 0,0417 Khung 2 5.10-2 0,47 4,7.10-3 2,35.10-3 0,0470 Lần 2 Khung 1 3.10 -2 0,26 2,6.10-3 1,30.10-3 0,0433 Khung 2 5.10-2 0,48 4,8.10-3 2,40.10-3 0,0480 (N/m). (N/m)
Vậy hệ số căng mặt ngồi của dung dịch xà phịng là: (N/m)
e) Lưu ý:
- Tránh chỗ bụi và gió khi tiến hành thắ nghiệm.
- Động tác thắ nghiệm phải rất nhẹ nhàng, khung phải sạch.
- Dây phải thẳng, cần thăng bằng khi đo.