Innehåll

• Steg
• Metod 1 av 3: Använda en vipparm
• Metod 2 av 3: Genom kapillär effekt
• Metod 3 av 3: Hur man bestämmer relativ ytspänning med hjälp av ett mynt
• Vad behöver du

Ytspänning beskriver förmågan hos en vätska att motstå gravitationen. Till exempel bildar vatten på en bordsskiva droppar när vattenmolekyler lockas till varandra, vilket motverkar gravitationen. Det beror på ytspänningen att tyngre föremål, som insekter, kan hållas på vattenytan. Ytspänningen mäts i kraft (N) dividerat med enhetslängd (m) eller energi per ytenhet. Kraften med vilken vattenmolekyler interagerar (sammanhållande kraft) skapar spänning, vilket resulterar i droppar vatten (eller andra vätskor). Ytspänningen kan mätas med några enkla föremål som finns i nästan alla hem och en miniräknare.

Steg

Metod 1 av 3: Använda en vipparm

1. 1 Skriv ner ekvationen för ytspänning. I detta experiment är ekvationen för att bestämma ytspänningen följande: F = 2Sd, var F - kraft i newton (N), S - ytspänning i newton per meter (N / m), d är längden på nålen som används i experimentet. Låt oss uttrycka ytspänningen från denna ekvation: S = F / 2d.
   • Kraften beräknas i slutet av experimentet.
   • Innan experimentet startas, använd en linjal för att mäta nålens längd i meter.
2. 2 Bygg en liten vipparm. Detta experiment använder en vipparm och en liten nål som flyter på vattenytan för att bestämma ytspänningen.Det är nödvändigt att noga överväga konstruktionen av vipparmen, eftersom resultatets noggrannhet beror på det. Du kan använda olika material, det viktigaste är att göra en horisontell stång av något hårt: trä, plast eller tjock kartong.
   • Bestäm mitten av stången (till exempel en halm- eller plastlinjal) som du ska använda som en tvärstång och borra eller slå hål på denna plats; detta kommer att vara stödpunkten för tvärstången, vid vilken det kommer att rotera fritt. Om du använder ett sugrör av plast, pierce det helt enkelt med en nål eller spik.
   • Borra eller stansa hål i ändarna på tvärstrålen så att de är lika långt från mitten. För trådarna genom hålen för att hänga upp vikten och nålen.
   • Stöd vid behov balken med böcker eller andra tillräckligt hårt föremål för att hålla strålen horisontell. Det är nödvändigt att tvärstången roterar fritt runt en spik eller stav som sitter fast i mitten.
3. 3 Ta en bit aluminiumfolie och rulla ihop den till en låda eller fat. Det är inte alls nödvändigt att det här fatet har en vanlig fyrkantig eller rund form. Du kommer att fylla den med vatten eller någon annan vikt, så se till att den kan bära vikten.
   • Häng en tennfoliebox eller fat från ena änden av baren. Gör små hål längs kanterna på fatet och trä igenom dem så att fatet hänger från stången.
4. 4 Häng en nål eller gem från den andra änden av stapeln så att den är horisontell. Knyt en nål eller gem med horisontellt till tråden som hänger från andra änden av stången. För att experimentet ska lyckas är det nödvändigt att placera nålen eller gemet exakt horisontellt.
5. 5 Lägg något på stången, till exempel plasticine, för att balansera aluminiumfoliebehållaren. Innan experimentet påbörjas är det nödvändigt att se till att tvärstången är placerad horisontellt. Foliefatet är tyngre än nålen, så stången på fatets sida kommer att falla ner. Fäst tillräckligt med plasticine på motsatta sidan av stången så att den är horisontell.
   • Detta kallas balansering.
6. 6 Lägg den hängande nålen eller gemet i en behållare med vatten. Detta steg kommer att kräva ytterligare ansträngning för att placera nålen på vattenytan. Se till att nålen inte sjunker ner i vattnet. Fyll en behållare med vatten (eller annan vätska med okänd ytspänning) och placera den under den hängande nålen så att nålen ligger direkt på vätskans yta.
   • Se till att repet som håller nålen förblir på plats och är tillräckligt hårt.
7. 7 Väg några stift eller en liten mängd uppmätta droppar vatten i liten skala. Du kommer att lägga till en nål eller en droppe vatten till aluminiumfatet på vippan. I det här fallet är det nödvändigt att veta den exakta vikten vid vilken nålen kommer från vattenytan.
   • Räkna antalet stift eller vattendroppar och väg dem.
   • Bestäm vikten av en nål eller en droppe vatten. För att göra detta, dela den totala vikten med antalet stift eller droppar.
   • Antag att 30 stift väger 15 gram, sedan 15/30 = 0,5, det vill säga en stift väger 0,5 gram.
8. 8 Lägg till nålar eller vattendroppar en i taget i en aluminiumfoliefat tills nålen lossnar från vattenytan. Tillsätt en nål eller en droppe vatten gradvis. Titta noga på nålen för att inte missa det ögonblick då den, efter nästa viktökning, kommer att lossna från vattnet. När nålen lossnar från vätskans yta, sluta tillsätta stift eller vattendroppar.
   • Räkna antalet stift eller vattendroppar som orsakade att nålen i motsatt ände av stången lossnade från vattenytan.
   • Skriv ner resultatet.
   • Upprepa experimentet flera (5 eller 6) gånger för att få mer exakta resultat.
   • Beräkna genomsnittet av de erhållna resultaten. För att göra detta, lägg till antalet stift eller droppar i alla experiment och dela summan med antalet experiment.
9. 9 Konvertera antalet stift till styrka. För att göra detta multiplicerar du antalet gram med 0,00981 N / g. För att beräkna ytspänningen måste du känna till kraften som krävs för att lyfta nålen från vattenytan. Eftersom du räknade stiftens vikt i föregående steg för att bestämma kraften behöver du bara multiplicera vikten med 0,00981 N / g.
   • Multiplicera antalet stift i fatet med vikten av en nål. Till exempel, om du lägger i 5 stift var och en som väger 0,5 gram, är deras totala vikt 0,5 gram / stift = 5 x 0,5 = 2,5 gram.
   • Multiplicera antalet gram med en faktor 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10. 10 Anslut dessa värden till ekvationen och hitta det värde du letar efter. Resultaten som erhållits under experimentet kan användas för att bestämma ytspänningen. Anslut bara värdena du hittar och beräkna resultatet.
    • Låt oss säga i exemplet ovan, nålens längd är 0,025 meter. Genom att ersätta värdena i ekvationen får vi: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Sålunda är vätskans ytspänning 0,05 N / m.

Metod 2 av 3: Genom kapillär effekt

1. 1 Lär dig mer om kapilläreffekten. För att förstå kapillärfenomen måste man först bekanta sig med vidhäftnings- och sammanhållningskrafterna. Vidhäftning får vätskan att fastna på en hård yta, t.ex. glas. På grund av sammanhållningskraften lockas vätskans molekyler till varandra.Den kombinerade verkan av vidhäftnings- och sammanhållningskrafterna får vätskan att stiga i tunna rör.
   • Från höjden av vätskans uppgång i röret kan ytspänningen för denna vätska beräknas.
   • Sammanhängande krafter leder till att det bildas bubblor och droppar på ytan. När en vätska kommer i kontakt med luft, lockas vätskans molekyler till varandra, vilket resulterar i bildandet av en bubbla.
   • Vidhäftning leder till bildandet av en menisk, som är märkbar vid vätskans kontaktpunkter med glasets väggar. Meniskens konkava form är synlig för blotta ögat.
   • Ett exempel på en kapillär effekt är att vätska höjs i ett sugrör som läggs i ett glas vatten.
2. 2 Skriv ner ekvationen för att bestämma ytspänningen. Ytspänningen beräknas enligt följande: S = (ρhga / 2), var S - ytspänning, ρ - densiteten hos den undersökta vätskan, h - vätskans höjd i röret, g - tyngdacceleration på grund av gravitation som verkar på vätskan (9,8 m / s), a är kapillarrörets radie.
   • När du sätter in data i denna ekvation, se till att de uttrycks i metriska enheter: densitet i kg / m, höjd och radie i meter, acceleration på grund av gravitation i m / s.
   • Om vätskans densitet inte anges i förväg kan den hittas i handboken eller beräknas med formelens densitet = massa / volym.
   • Ytspänningen mäts i newton per meter (N / m). Newton är lika med 1 kg * m / s. För att självständigt bestämma måttenheterna är det bara att ersätta dem i ekvationen utan numeriska värden: S = kg / m * m * m / s * m.Om vi ​​reducerar två meter i täljaren och nämnaren får vi 1 kg * m / s / m, det vill säga 1 N / m.
3. 3 Häll vätska med okänd ytspänning i behållaren. Ta en platt tallrik eller skål och häll vätskan i den så att den täcker botten med 2 till 3 centimeter. Vätskemängden spelar ingen roll, huvudsaken är att det är tydligt synligt hur mycket den kommer att stiga i kapillarröret.
   • Om du ska experimentera med olika vätskor, rengör och torka plattan noggrant innan du häller en annan vätska i den, eller använd en annan behållare varje gång.
4. 4 Doppa ett rent, tunt rör i vätskan. Från höjden av vätskeuppgången i detta rör bestämmer du ytspänningen.Håll slangen fri så att du tydligt kan se hur hög vätskan kommer att stiga över dess nivå i skålen. Dessutom måste röret ha en konstant radie.
   • För att mäta radien, placera helt enkelt en linjal mot toppen av röret och bestäm diametern. Dela sedan diametern med 2 så hittar du radien.
5. 5 Mät höjden vätskan har stigit över dess nivå i plattan. Flytta linjalens kant till vätskans yta i brickan och bestäm hur hög vätskan har stigit i röret. Vattnet i röret stiger eftersom lyftkraften hos ytspänningen överstiger dragkraften.
6. 6 Anslut dessa värden till ekvationen och gör beräkningarna. När du har bestämt alla nödvändiga värden, anslut dem till ekvationen och hitta ytspänningen. Var noga med att konvertera alla värden till metriska enheter för att få rätt resultat.
   • Antag att vi mäter vattens ytspänning. Vattnets densitet är cirka 1 kg / m3 (i detta exempel använder vi ungefärliga värden). Accelerationen på grund av gravitationen är 9,8 m / s. Låt rörets radie vara 0,029 m, och vattnet har stigit till en höjd av 0,5 m. Vad är vattens ytspänning?
   • Ersätt de erhållna värdena i ekvationen och få: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metod 3 av 3: Hur man bestämmer relativ ytspänning med hjälp av ett mynt

1. 1 Samla allt du behöver. För detta experiment behöver du en pipett, ett torrt mynt, vatten, en liten skål, diskmedel, vegetabilisk olja och en handduk. Alla dessa kan hittas hemma eller köpas i din lokala butik. Du kan klara dig utan diskmedel och vegetabilisk olja, men du behöver några olika vätskor för jämförelse.
   • Se till att myntet är rent och torrt innan du börjar experimentet. Om du använder ett blött mynt får du felaktiga resultat.
   • Detta experiment tillåter inte beräkning av ytspänningen; det kan bara användas för att jämföra ytspänningen för olika vätskor.
2. 2 Släpp en droppe vätska i taget på myntets yta. Lägg myntet på en handduk eller annan yta som är säker att bli våt. Ta den första vätskan i pipetten och applicera sedan långsamt en droppe på myntet. När du gör detta, räkna dropparna. Fortsätt tills vätska spillts utanför myntet.
   • Anteckna hur många droppar det tog för vätskan att spilla utanför myntet.
3. 3 Upprepa denna procedur med olika vätskor. Rengör och torka myntet varje gång du byter vätska. Torka också ytan som du placerar myntet på. Använd olika pipetter eller rengör pipetten före ett nytt experiment.
   • Prova att lägga lite diskmedel i vattnet, droppa sedan vatten på ett mynt och se om ytspänningen ändras.
4. 4 Jämför antalet droppar som krävs för att olika vätskor ska fylla ett mynt. Prova att upprepa experimentet med samma vätska flera gånger för att se om resultaten är korrekta. Genomsnittliga resultaten: Lägg till antalet droppar i olika experiment och dela summan med antalet experiment. Skriv ner hur många droppar det tog för de olika vätskorna att fylla myntet.
   • Ju fler droppar av en given vätska krävs för att fylla ett mynt, desto högre är denna vätskans ytspänning.
   • Diskmedel tvättar vattens ytspänning; att lägga till det tar färre droppar att fylla myntet.

Vad behöver du

• Ett sugrör, plastlinjal eller annan styv stång
• Tråd
• Aluminiumfolie
• Plastin eller något liknande
• Lång nål eller spik för att hålla stången
• Gem eller en vattennål
• Böcker eller andra massiva föremål för att stödja vipparmen
• Kalkylator
• Liten kapacitet
• Vatten
• Ögondroppar eller stift
• Små vågar
• Grunt fat