I. MỤC ĐÍCH
- Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. - Đo hệ số căng bề mặt.
II. CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Mặt thống của chất lỏng ln có các lực căng, theo phương tiếp tuyến với mặt thoáng. Các lực căng này làm cho mặt thống của chất lỏng có khuynh hướng co lại đến diện tích nhỏ nhất. Chúng được gọi là các lực căng bề mặt (hay còn gọi là lực căng mặt ngoài) của chất lỏng.
Có nhiều phương pháp đo lực căng bề mặt, ở đây ta dùng một vịng nhơm được treo dưới một lực kế nhạy (loại có độ chia nhỏ nhất là 0,001 N).
Xét một vịng nhơm đang ngập một phần trong chất lỏng. Kéo vòng lên từ từ. Khi đáy vịng nhơm cịn tiếp xúc với bề mặt chất lỏng thì sẽ có một màng chất lỏng bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vịng, hình 3.1. Màng chất lỏng này tạo ra một lực FC kéo vịng nhơm vào trong lịng khối lỏng. Lực Fc tác dụng vào vịng có giá trị đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vịng nhơm.
Do ta xem vòng bị chất lỏng dính ướt hồn tồn, nên khi kéo vịng lên khỏi mặt thống và có một màng chất lỏng bám giữa đáy vịng và mặt thống, 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 (3.1)
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 D là đường kính ngồi và d là đường kính trong của chiếc
vịng, ta tính được hệ số căng bề mặt của chất lỏng ở nhiệt độ nơi làm thí nghiệm.
(D d) P F + − = (3.2) Hình 4.1.1. Mơ hình vịng nhơm
đang được nâng lên khỏi mặt nước F Vịng nhơm dây treo màng nước f f
Hình 4.1.2. TN đo hệ số căng bề mặt
của chất lỏng
III. DỤNG CỤ VÀ LẮP ĐẶT 3.1. Dụng cụ thí nghiệm
- Lực kế ống 0,1N, có độ chia nhỏ nhất 0,001N, có vỏ nhựa trong suốt.
- Vịng nhơm hình trụ 52 mm, cao 9 mm, dày 0,7 mm, khoan 6 lỗ cách đều và có dây treo. - Hai cốc nhựa 80 mm, có vịi ở gần đáy, nối thông nhau b ằng một ống mềm dài 0,5 m. - Giá đỡ 10 mm, được gắn lên đế 3 chân. Dùng khớp đa năng để nối với giá nằm ngang 8 mm.
- Thước kẹp để đo đường kính ngồi và đường kính trong của vịng nhơm. Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp, tùy loại, có thể đạt tới 0,1 mm; 0,05 mm hoặc 0,02 mm.
3.2. Lắp đặt thí nghiệm
Sơ đồ thí nghiệm được trình bày trên hình 4.2.
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.1. Đo đường kính ngồi và đường kính trong của vịng
- Dùng thước kẹp đo 5 lần đường kính ngồi D và đường kính trong d của vịng, ghi kết quả vào bảng 4.1.
4.2. Đo lực căng FC
a - Lau sạch vịng nhơm bằng giấy mềm, móc dây treo vào lực kế. Treo lực kế lên giá nằm ngang.
b - Đặt hai cốc A, B có ống cao su nối thơng với nhau lên mặt bàn. Đổ chất lỏng cần đo hệ số căng bề mặt (nước cất) vào hai cốc. Lượng nước cỡ 50% dung tích của cốc.
c - Hạ hệ thống lực kế, vòng nhơm vào trong cốc A, sao cho đáy của vịng chạm đều vào mặt nước.
d - Hạ cốc B xuống, để nước trong A chảy dần sang cốc B. Quan sát vòng và lực kế. Ta thấy khi mực nước trong A hạ dần, vịng nhơm bị kéo theo xuống, làm cho
số chỉ trên lực kế tăng dần. Giá trị F đo được là số chỉ của lực kế ngay trước khi màng nước bám vào vịng nhơm bị đứt.
Lặp lại các bước c và d thêm 4 lần nữa, ghi kết quả vào bảng 3.2.
V. CÁC ĐIỂM CẦN CHÚ Ý
- Để giảm bớt thời gian thực hiện, nên tiến hành đo thô lực căng bề mặt của chất lỏng, bằng cách hạ đáy vịng nhơm nhúng xuống nước, sau đó nâng giá của lực kế lên cao từ từ và theo dõi giá trị lực kế lúc màng chất lỏng bị đứt. Với giá trị lực đó, ta điều chỉnh thơ vị trí của giá để có giá trị lực thấp hơn một chút. Sau đó mới điều chỉnh tinh mực nước hạ xuống bằng ngun lí bình thơng nhau (hạ rất chậm cốc đựng nước B) để đọc được giá trị lớn nhất của lực căng.
- Vì giá trị lực căng nhỏ, nên tránh tác động của các rung động xung quanh, như va chạm vào giá, gió thổi…
- Giá trị của hệ số căng bề mặt của nước phụ thuộc nhiệt độ và độ tinh khiết của nước. Khi nhiệt độ tăng thì giảm.
- Nếu đáy của chiếc vịng được vát mỏng sao cho D d, thì tổng chu vi ngồi+ chu vi trong xấp xỉ 2D. Như vậy chỉ cần đo đường kính ngồi D.
- Khi đo đường kính trong, cần chú ý lúc đầu khơng kéo căng thước để ta có thể xoay nhẹ vịng nhơm. Sau đó vừa nới căng thước, vừa xoay vịng nhơm cho đến khi khơng xoay được, thì giá trị đo mới là đường kính trong của vịng nhơm. Nếu thực hiện khơng đúng kĩ thuật thì giá trị đo được có thể chỉ là của dây cung.
VI. CÂU HỎI MỞ RỘNG
1. Khi để chìm cả vịng nhơm trong chất lỏng rồi hạ dần mức chất lỏng trong bình A thì số chỉ lực kế sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn so với khi để vịng nhơm chìm một phần sát đáy của nó trong chất lỏng rồi hạ dần mức chất lỏng trong bình A? Giải thích ngun nhân.
2. Cần lưu ý điều gì trong q trình hạ đáy vịng nhơm ngập vào chất lỏng? 3. Tại sao áp suất phân tử trong chất lỏng lớn hơn áp suất phân tử trong chất khí hàng triệu lần mà khi nhúng tay vào một chậu nước ta không cảm nhận được áp suất này?
VII. BÁO CÁO THỰC HÀNH
THỰC HÀNH XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG Họ và tên:................................................Lớp:..............Nhóm:.................... Ngày làm thực hành:....................................................................................
Viết báo cáo theo các nội dung sau: 1. Mục đích …………………………………………………………………………………. 2. Tóm tắt lí thuyết Thế nào là lực căng bề mặt? …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. Tóm tắt cách đo lực căng bề mặt trong bài thực hành.
…………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………….
3. Kết quả
a. Đường kính ngồi và đường kính trong của vịng nhơm Bảng 4.1. Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp là:……..
Lần đo D(mm) D(mm) d(mm) d(mm) 1 2 3 4 5 Giá trị trung bình b. Đo lực căng bề mặt Bảng 4.2. Độ chia nhỏ nhất của lực kế là:…………….. Lần đo P(N) F(N) FC=F-P (N) FC(N) 1 2 3 4 5 Giá trị trung bình
- 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 bảng 3. 1 và bảng 3. 2.
- Tính giá trị trung bình của hệ số căng bề mặt của nước: .......... ) ( = + = d D FC
- Tính sai số tỉ đối của phép đo:
..... .......... = + + + + = = d D d D F F C C
Trong công thức này
F F
FC = C +
2
F
là sai số dụng cụ của lực kế, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của lực kế
d d d D D D= + = + ;
(∆D / và ∆d/ là sai số dụng cụ của thước kẹp, lấy bằng một độ chia nhỏ nhất của thước kẹp).
- Tính sai số tuyệt đối của phép đo: = =. .............
- Viết kết quả của phép đo: = + =........................
Chú ý: Giá trị của phụ thuộc nhiệt độ và độ tinh khiết của nước. Với nước cất ở 200C, người ta đo được = 73,0. 10-3 N/m.
BÀI 4.2. THÍ NGHIỆM ĐO THÀNH PHẦN NẰM NGANG CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
I. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát thành phần nằm ngang của từ trường trái đất.
II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
- La bàn tang. - Chiết áp điện tử.
- Biến thế nguồn (dùng chung ). - Bộ dây nối
III. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
a) Tiến hành thí nghiệm với cuộn dây N = 200 vịng
- Đặt nguồn điện ở vị trí 6 – 12V DC hoặc AC, sử dụng cuộn dây 200 vịng, đường kính 160 mm.
- Đặt mA ở chế độ đo 200 mA.
- Khi chưa có dịng điện, điều chỉnh kim la bàn nằm trong mặt phẳng cuộn dây.
- Bật công tắc nguồn cung cấp điện cho cho chiết áp điện tử và tăng dần điện thế ra cho đến khi kim chỉ thị của la bàn lệch góc = 450. Ghi giá trị I’ đọc được trên đồng hồ đo điện; sau đó giảm điện áp U về giá trị 0.
- Đổi chiều dịng điện của cuộn dây, lặp lại thí nghiệm như trên. Ghi giá trị I’’ đọc được trên đồng hồ đo.
- Tính giá trị trung bình của cường độ dịng điện I 1(I I ) 2
= + (4.2.1) - Tính thành phần nằm ngang của từ trường trái đất theo công thức:
7 T N.I B 4 .10 . d. tan − = . (4.2.2) Trong đó: N là số vịng của cuộn dây.
I là cường độ dịng điện trung bình qua cuộn dây tính theo (4.2.1). d là đường kính cuộn dây
là góc quay của kim nam châm so với vị trí ban đầu chưa có dịng điện.
b) Tiến hành thí nghiệm với cuộn dây N = 100 vòng và 300 vòng.