Hoe oppervlaktespanning te meten

Oppervlaktespanning is het vermogen van een vloeistof om weerstand te bieden aan de zwaartekracht. Op een tafel bijvoorbeeld, vormt het water druppels omdat de watermoleculen op het oppervlak gegroepeerd zijn tegen de zwaartekracht in. De oppervlaktespanning zorgt ervoor dat objecten met een hogere dichtheid, zoals een insect, op het wateroppervlak drijven. Om de oppervlaktespanning te meten, verkrijgt u de hoeveelheid kracht (N) die op een eenheid wordt uitgeoefend, zoals de lengte (m), of u kunt ook de hoeveelheid energie uit een gemeten gebied krijgen. De spanning wordt veroorzaakt door de krachten die door watermoleculen op elkaar worden uitgeoefend (ook cohesieve krachten genoemd), waardoor waterdruppels of andere vloeistoffen die specifieke vorm hebben. U kunt een aantal huishoudelijke artikelen en een rekenmachine gebruiken om de oppervlaktespanning te meten.

Inhoud

Stappen

Methode 1meet de oppervlaktespanning met een balansbalk
Methode 2meet oppervlaktespanning met capillaire actie
Methode 3meet de relatieve oppervlaktespanning met een munt

stappen

Methode 1
Meet de oppervlaktespanning met een balansbalk

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 1

Stel de vergelijking in om de oppervlaktespanning te verkrijgen. Voor dit experiment bepaalt de volgende vergelijking de oppervlaktespanning: F = 2sd, waar F is de kracht in newtons (N), s is de oppervlaktespanning (N / m) en d is de lengte van de naald die in het experiment wordt gebruikt. Je kunt de vergelijking opnieuw rangschikken op basis van de oppervlaktespanning en je krijgt s = F / 2d.
De kracht wordt berekend aan het einde van het experiment.
Gebruik voordat u begint een liniaal om de naald in meters te meten.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 2

Bouw een kleine balansbalk. Om de oppervlaktespanning in dit experiment te meten, worden een evenwichtsbalk en een kleine naald gebruikt die op het wateroppervlak drijft. Voor de resultaten moet je nauwkeurig zijn, je moet de evenwichtsbalk goed opbouwen, waarvoor je verschillende materialen kunt gebruiken. Zorg er echter voor dat de middenstang gemaakt is van een resistent materiaal zoals hout, plastic of dicht karton.

Markeer het midden van het materiaal dat u wilt gebruiken om de bar te bouwen (een rietje, een plastic liniaal) en boor of boor daar een gat. Dit vormt het draaipunt - dat wil zeggen, het punt waarop de balansbundel vrij kan draaien. Als je een rietje gaat gebruiken, kun je het in het midden boren met een speld of een spijker.

Aan elk uiteinde van de balansbalk, boort of boort u een gat zodat ze zich op dezelfde afstand van het midden bevinden. Steek een snoer door elk gat om de containers vast te houden die je daar zult hangen.

De pen of de spijker waarmee u de steunpunt hebt geboord, moet horizontaal worden ondersteund op boeken of stukken hard materiaal die niet uit elkaar vallen, omdat het midden van de balansbalk vrij moet kunnen draaien op de pen of de spijker in het centrale deel.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 3

Maak een doos of plaat door een stuk aluminiumfolie te vouwen. U hoeft geen exacte vierkante of ronde vorm te maken, maar u moet wel zorgen dat deze sterk genoeg is, omdat u deze container met water vult of daar een ander gewicht plaatst.

Hang de doos of de plaat die u hebt gemaakt aan het ene uiteinde van de balansbalk. Om het vast te houden, maakt u kleine gaatjes aan de zijkanten waardoor u de draad kunt invoegen.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 4

Gebruik de draad om een naald of paperclip horizontaal aan het andere uiteinde van de balk te hangen. Aan de andere kant, bind het ene uiteinde van de draad aan een paperclip of naald zodat ze volledig zijn uitgetrokken, omdat dit experiment alleen werkt als de paperclip of naald horizontaal staat.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 5

Balanceer de aluminium container door een stuk van een materiaal zoals klei op de balk te plaatsen. U moet ervoor zorgen dat de balk helemaal gelijk is voordat u het experiment start. Omdat de container meer weegt dan de naald, kantelt de balk naar die kant, dus je moet voldoende klei aan de andere kant van de bar plaatsen om het evenwicht te houden.

Dit staat bekend als tegenwicht.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 6

Steek de naald of paperclip die u aan de bar hebt gehangen in een met water gevulde container. De naald moet zich bovenaan het wateroppervlak bevinden, dus deze stap kan extra inspanning vergen. Zorg ervoor dat de naald niet in het water is ondergedompeld. Vul een container met water (of een andere vloeistof waarvan u de oppervlaktespanning wilt weten) en plaats deze onder de naald. De container moet zich op voldoende afstand van de naald bevinden, zodat deze direct op het oppervlak van de vloeistof kan rusten.

Nadat de naald op het oppervlak van het water is geplaatst, moet het touw waaraan de naald hangt, strak zijn.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 7

Gebruik een kleine weegschaal om meerdere pinnen of meerdere gemeten waterdruppels te wegen. U moet de pinnen of waterdruppels één voor één plaatsen in de aluminium container die u hebt gebouwd. Om deze berekening te maken, moet u precies weten welk gewicht nodig is om de naald op te tillen en te scheiden van het water.

Tel een bepaald aantal spelden of druppels water en haal ze naar beneden.

Om te weten hoeveel elke afzonderlijke pin of waterdruppel weegt, deelt u het totale gewicht door het aantal pinnen of druppels.

Als 30 pinnen bijvoorbeeld 15 g wegen: 15/30 = 0,5. Daarom weegt elke pin 0,5 g.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 8

Plaats de pinnen of waterdruppeltjes één voor één in de aluminium container. Doe het totdat de naald zich van het oppervlak van het water scheidt. Plaats langzaam een pen of een druppel water in de aluminium container. Maak er altijd een speld of druppel water van. Let goed op de naald elke keer dat u meer gewicht toevoegt om te zien of deze van het water scheidt. Wanneer de naald niet meer in contact komt met het oppervlak van het water, stop dan met het toevoegen van meer pinnen of waterdruppels.

Tel hoeveel pennen of druppels water nodig waren om het tegengewicht van het wateroppervlak te scheiden.

Noteer dit bedrag.

Voer hetzelfde experiment meerdere keren uit (5 of 6) om meer nauwkeurige resultaten te krijgen.

Krijg een gemiddelde van de resultaten. Voeg hiertoe het aantal pinnen toe dat nodig was in elk experiment en deel het over het aantal experimenten dat u hebt gedaan.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 9

Vermenigvuldig het gewicht in grammen met 0,00981 N / g om het aantal pinnen om te zetten in een kracht. Om de oppervlaktespanning te berekenen, hebt u de totale hoeveelheid kracht nodig die de naald nodig heeft om zich van het oppervlak van de vloeistof te scheiden. U kunt de conversiefactor 0.00981 N / g gebruiken om deze berekening eenvoudig te maken omdat u het gewicht van de pinnen in de vorige stap hebt.

Vermenigvuldig het aantal pinnen dat u in de aluminium container steekt door het gewicht van elke pin. Bijvoorbeeld: 5 pennen met een gewicht van 0,5 g per pen = 5 x 0,5 = 2,5 g.

Vermenigvuldig deze hoeveelheid in grammen met de conversiefactor 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 10

Vervang de variabelen in de vergelijking en los het op. U kunt de kracht in de vergelijking vinden aan de hand van de metingen die u in het experiment hebt verkregen. Om dit te doen, vervangt u elke waarde door de bijbehorende variabele en gebruikt u de volgorde van bewerkingen om de vergelijking op te lossen.

Volgens het vorige voorbeeld, als de naald 0,025 m was, verkrijgt u het volgende wanneer u de variabelen in de vergelijking vervangt: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. De vloeistof heeft een oppervlaktespanning van 0,05 N / m.

Methode 2
Meet oppervlaktespanning met capillaire actie

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 11

Begrijp wat capillaire actie is Om het te begrijpen, is het eerst noodzakelijk om het begrip adhesie en samenhangende krachten te begrijpen. Hechting is een kracht waarmee een vloeistof aan een vast oppervlak kleeft (bijvoorbeeld de rand van een glas). Samenhangende krachten zorgen ervoor dat vloeibare moleculen zich aangetrokken voelen tot elkaar. Wat een vloeistof doet oprijzen door het midden van een dunne buis is de combinatie van adhesie en cohesiekrachten.

U kunt de hoogte gebruiken waartoe de vloeistof in de buis reikt om de oppervlaktespanning te berekenen.
Cohesie zorgt ervoor dat water bellen of druppels op een oppervlak vormt. Wanneer een vloeistof in contact komt met lucht, voelen de moleculen krachten die hen naar elkaar toe trekken en bellen op het oppervlak vormen.
Hechting is wat de meniscus creëert die te zien is wanneer vloeistoffen aan de zijkanten van een glas plakken. De meniscus is de concave vorm die kan worden gezien ter hoogte van de ogen in het bovenste deel van de vloeistof.
Een voorbeeld van capillaire werking is wanneer je een rietje in een glas water legt en het water er doorheen ziet stijgen.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 12

Stel de vergelijking in om de oppervlaktespanning te vinden. Dit is te vinden via de vergelijking S = (ρhga / 2), waar S is de oppervlaktespanning, ρ is de dichtheid van de vloeistof die u wilt meten, h is de hoogte waarbij de vloeistof de buis bereikt, g is de versnelling als gevolg van de zwaartekracht die op de vloeistof (9,8 m / s) en a is de straal van de capillaire buis.

Zorg ervoor dat alle eenheden die u gebruikt bij het oplossen van deze vergelijking, in de vorm zijn metriek correct. Dat wil zeggen, de dichtheid moet in kg / m zijn, de hoogte en straal moeten in meters zijn en de zwaartekracht moet in m / s zijn.

Als u de dichtheid van de vloeistof niet hebt, kunt u deze in een naslagwerk raadplegen of de vergelijkingsdichtheid = massa / volume gebruiken voor bereken het.

De oppervlaktespanning wordt gemeten in newtons per meter (N / m). Een newton staat voor 1 kg m / s. U kunt de eenheden zelf bepalen door de vergelijking op te lossen met alleen de eenheden: S = kg / m * m * m / s * m. Dit zorgt ervoor dat twee van de eenheden in meters twee van de eenheden annuleren "per meter", waarmee u nog 1 kg-m / s / m of 1 N / m over heeft.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 13

Vul een container met een vloeistof waarvan u de oppervlaktespanning wilt berekenen. Vul de container tot een hoogte van ongeveer 2,5 cm (1 inch) met behulp van een ondiepe schaal of kom. Het maakt niet uit hoeveel vloeistof je toevoegt, zolang je het maar duidelijk door de capillaire buis omhoog ziet komen.

Als u het experiment met meer dan één vloeistof gaat doen, zorg er dan voor dat u de plaat die u gebruikt om de vloeistof te gieten, schoonmaakt en droogt voordat u een andere vloeistof giet. Je kunt elke vloeistof ook met een ander gerecht inschenken.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 14

Steek een dunne transparante buis in de vloeistof. Hier neem je de metingen om de oppervlaktespanning te berekenen. Het is belangrijk dat de buis transparant is zodat u kunt zien hoe ver de vloeistof boven het niveau van de container uitkomt. De buis moet ook hetzelfde hebben radio in al zijn lengte.

U kunt de straal eenvoudig meten door een liniaal over de bovenkant van de buis te plaatsen om de diameter te meten. Verdeel dit getal vervolgens met 2 om de straal te krijgen.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 15

Meet hoe hoog de vloeistof in de buis boven de container uitkomt. Plaats de onderkant van een liniaal net ter hoogte van de vloeistof in de container om te meten hoe hoog de vloeistof in de buis kwam. Water stijgt op vanwege de kracht die wordt uitgeoefend door oppervlaktespanning, die groter is dan de kracht die door de zwaartekracht naar beneden wordt uitgeoefend.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 16

Vervang de waarden die u in de vergelijking hebt verkregen en los het op. Na het verkrijgen van alle variabelen die u nodig heeft, kunt u ze in de formule vervangen en de oppervlaktespanning krijgen. Om het probleem op de juiste manier op te lossen, moet je ervoor zorgen dat je alle waarden hebt omgezet naar het metrische systeem.

Stel u bijvoorbeeld voor dat u de oppervlaktespanning van het water wilt meten. De dichtheid is ongeveer 1 kg / m (in dit voorbeeld worden geschatte waarden gebruikt). De variabele g is altijd gelijk aan 9,8 m / s. De buisradius bedraagt 0,029 m en het water stijgt tot een afstand van 0,5 m. Wat is de oppervlaktespanning van het water?

Als u de variabelen in de vergelijking vervangt, krijgt u: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Methode 3
Meet de relatieve oppervlaktespanning met een munt

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 17

Verzamel je materialen. Om dit experiment te doen, heb je een druppelaar nodig voor je ogen, een stuiver of een equivalent daarvan, water, een kleine kom, afwasmiddel, olie en een handdoek. Je vindt de meeste hiervan thuis of koop ze in de supermarkt. Vaatwasmiddel en olie zijn niet nodig, maar u kunt meer dan één vloeistof gebruiken waarvan de spanningen op het oppervlak kunnen worden vergeleken.

Voordat u begint, moet de munt volledig schoon en droog zijn, omdat als u een andere vloeistof heeft, het experiment niet accuraat is.
Houd er rekening mee dat u met dit experiment de oppervlaktespanning niet kunt berekenen, maar eenvoudig de oppervlaktespanning van verschillende vloeistoffen in verhouding tot andere kunt bepalen.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 18

Laat een druppel vloeistof per keer op de munt vallen. Plaats de munt op een handdoek of een ander oppervlak dat u niet erg vindt nat worden. Vul de druppelaar vervolgens met de eerste vloeistof en laat deze druppel voor druppel op de munt vallen. Tel hoeveel druppels de munt is gevuld totdat de vloeistof morst.

Noteer na hoeveel druppels de vloeistof aan één kant van de medaille begint te morsen.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 19

Herhaal het experiment met een andere vloeistof. Nadat je een vloeistof hebt geproefd en voordat je een andere probeert, reinig en droog je de munt heel goed. Voordat u het experiment herhaalt, droogt u ook het oppervlak waarop de munt zich bevond tijdens het vorige experiment. Reinig de druppelaar tussen elk experiment of gebruik een andere voor elke vloeistof.

U kunt een afwasmiddel met water mengen en het opnieuw op de munt laten druppelen om te bepalen of er een verandering in oppervlaktespanning is.

Titel afbeelding Measure Surface Tension Step 20

Vergelijk hoeveel druppels van elke vloeistof nodig zijn om de munt te vullen. U kunt het experiment verschillende keren uitvoeren met dezelfde vloeistof om ervoor te zorgen dat u een nauwkeurig resultaat krijgt. Bereken vervolgens het gemiddelde van alle experimenten door de resultaten toe te voegen en te delen door het aantal experimenten dat u hebt uitgevoerd. Noteer welke vloeistoffen de meeste druppels nodig hadden om de munt te vullen en welke het minst nodig waren.

Een vloeistof met een hogere oppervlaktespanning heeft meer druppels nodig om de munt te vullen dan een vloeistof met een lagere oppervlaktespanning.

Vaatwasmiddel vermindert de oppervlaktespanning van het water, dus u zult een kleinere hoeveelheid druppels nodig hebben om de munt te vullen.

Delen op sociale netwerken:

Verwant