איך מודדים את מתח הפנים?

בניסוי זה תשתמשו בקורת איזון ובמחט קטנה שצפה על פני המים כדי למדוד את מתח הפנים.

מתח פני השטח מתייחס ליכולתו של נוזל לעמוד בפני כוח הכבידה. לדוגמא, מים יוצרים טיפות על שולחן מכיוון שמולקולות המים בשטח מתקבצות יחד כנגד כוח הכובד. מתח פני השטח הוא המאפשר לאובייקט צפוף יותר, כמו חרק, להיות מסוגל לצוף על פני המים. מתח פני השטח נמדד בכמות הכוח (N) המופעלת על יחידה כמו אורך (מ ') או כמות האנרגיה של שטח נמדד. אלה נמדדים כניוטון למטר (או N / מטר). הכוחות שמולקולות מים מפעילות זה על זה, או כוחות מלוכדים, גורמים למתח ואחראים על צורת המים (או הנוזל האחר) צונחים. ניתן למדוד את מתח הפנים עם כמה פריטים ביתיים ומחשבון.

שיטה 1 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח עם קרן איזון

1
הגדר את המשוואה לפיתרון מתח פני השטח. בניסוי זה, המשוואה למתח פני השטח תיקבע על ידי המשוואה F = 2sd. F הוא הכוח בניוטונים (N), s הוא מתח השטח ב- (N / m), ו- d הוא אורך המחט ששימשה בניסוי. סידור מחדש של המשוואה לפתרון תשואות מתח פני השטח s = F / 2d.
- הכוח יחושב בסוף הניסוי.
- מדוד את אורך המחט במטרים באמצעות סרגל לפני תחילת הניסוי.
2
בנה קרן איזון קטנה. בניסוי זה תשתמש בקרן איזון ובמחט קטנה הצפה על פני המים כדי למדוד את מתח הפנים. קרן האיזון צריך להיות בנוי היטב, כך שתוכלו לקבל תוצאה מדויקת. אתה יכול להשתמש בסוגים שונים של חומרים לשם כך, רק וודא שהקורה המרכזית היא משהו יציב כמו עץ, פלסטיק או קרטון צפוף.
- סמן את מרכז החומר שישמש לקורה שלך (קש, סרגל פלסטיק) וקדוח או תקע דרכו חור; זו תהיה נקודת המשען (הנקודה המאפשרת לקורה להסתובב בחופשיות). אם אתה משתמש בקש פלסטיק אתה יכול פשוט לתקוע סיכה או מסמר ממש דרכו.
- קדח או תקע חור בכל קצה הקורה כדי לוודא שהם נמצאים במרחק זהה מהאמצע. משחילים חוט דרך כל חור כדי לשמש כמחזיקים למנות האיזון. ודא שיש חוט אחד לכל חור בשני קצותיו.
- הניחו את הציפורן בצורה אופקית בין שתי ערימות ספרים, כך שהקורה המרכזית תוכל להסתובב בחופשיות.
3
מקפלים חתיכת נייר אלומיניום ליצירת קופסה או צלחת. המנה לא חייבת להיות מרובעת או עגולה בדיוק. המנה תתמלא במים או במשקל אחר, אז וודאו שהיא חסונה מספיק כדי לתמוך בכך.
- תלו את הקופסה או התבשיל מקצה אחד של הקורה. תוחבים חורים קטנים בדפנות התבשיל ומשחילים את החוט כדי להחזיק את התבשיל.
4

תלו מחט או מהדק נייר בצורה אופקית מהקצה השני של הקורה בעזרת חוט. בצד הנגדי של הקורה, קושר מהדק נייר או מחט לקצה המיתר כך שהוא מונח שטוח. כדי שהניסוי יעבוד, חשוב שהמהדק או המחט יהיו אופקיים.
5
הנח פיסת חומר כגון חימר או פליי-דו על הקורה כדי לאזן את מיכל האלומיניום. לפני שתתחיל בניסוי, אתה רוצה לוודא שהקורה מונחת שטוחה. התבשיל יהיה כבד יותר מהמחט, ויגרום לקורה לרדת לכיוון התבשיל. הוסף חימר מספיק לצד הנגדי של הקורה כך שהקורה תהיה מישורית.
- זה נקרא איזון נגד. החימר אינו משפיע על החישובים מכיוון שהוא מאזן את הקורה.
6
הכניסו את המחט או את הנייר התלוי על הקורה למיכל מים. שלב זה עשוי לדרוש מאמץ נוסף כדי להבטיח שהמחט מונחת רק על פני המים. אתה לא רוצה את המחט שקועה במים. מלא מיכל במים (או נוזל אחר בעל מתח פנים לא ידוע) והניח אותו מתחת למחט בגובה המאפשר למחט לנוח ישירות על גבי המשטח.
- וודא שהחוט המחזיק את המחט במקום נשאר מתוח ברגע שהמחט נמצאת על גבי המים.
7
שקול אצווה של סיכות או כמה טיפות מים מדודות בסולם דואר קטן. תוסיפו פינים או טיפות מים בזה אחר זה לצלחת האלומיניום שבניתם קודם. לצורך החישוב חשוב לדעת בדיוק כמה משקל נדרש כדי להרים את המחט מהמים.
- ספרו מספר סיכות או טיפות מים ושקלו אותם.
- קבע את המשקל האישי של כל טיפה או סיכה על ידי חלוקת המשקל הכולל במספר הסיכות או טיפות מים.
- לדוגמא, נניח 30 פינים שוקלים 15 גרם: 11,670 = 0,5. משקל כל סיכה הוא 0,5 גרם.
8
הוסף את הסיכות או טיפות המים כל פעם למיכל נייר האלומיניום שלך עד שהמחט תשוחרר מעל פני המים. הוסיפו אט אט סיכה או טיפת מים לכלי האלומיניום סיכה / טיפה בכל פעם. צפה מקרוב במחט כדי לראות אם היא יוצאת מהמים עם כל תוספת חדשה. הפסיקו להוסיף סיכות / טיפות לאחר שהמחט כבר אינה במגע עם פני המים.
- ספר את מספר הסיכות או טיפות המים הדרושות להסרת משקל הנגד מעל פני המים.
- הקליטו כל קריאה.
- חזור על התרגיל מספר פעמים (5 או 6) לקריאות מדויקות יותר.
- חישב ממוצע של התוצאות על ידי הוספת המספר הכולל של הסיכות הדרושות בכל ניסוי וחלק את זה במספר הניסויים הכולל.
9
המר את מדידת הסיכות לתוקף על ידי הכפלת מספר הגרמים ב- 0,00981 n / g. כדי לחשב את מתח הפנים, עליכם לדעת את כמות הכוח הכוללת הנדרשת להסרת המחט מעל פני הנוזל. מכיוון ששקללת את הסיכות בשלב הקודם, תוכל לבצע חישוב זה בקלות באמצעות מקדם ההמרה 0,00981 N / g.
- הכפל את מספר הסיכות שנוספו למנה במשקל כל סיכה. לדוגמא, 5 פינים ב 0,5 גרם / סיכה = 5 x 0,5 = 2,5 גרם.
- הכפל את כמות הגרמים בגורם ההמרה 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10
חבר את המשתנים למשוואה ופתור. באמצעות המדידות שאספת במהלך הניסוי, כעת תוכל לפתור כוח. כל שעליך לעשות הוא לחבר את המספרים למשתנה הנכון ולפתור באמצעות סדר הפעולות הנכון.
- בהמשך לדוגמא, נניח שהמחט הייתה באורך של 0,025 מ '. חיבור המשתנים לתשואות המשוואה: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. מתח הפנים של הנוזל הוא 0,05 N / m.

סבון הכלים מוריד את מתח הפנים של המים, תוך שימוש במעט טיפות למילוי האגורה.

שיטה 2 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח עם פעולת נימים

1
להבין את הפעולה הנימית. על מנת להבין את פעולת הנימים, ראשית עליכם להבין הידבקות וכוחות מגובשים. הידבקות היא הכוח שגורם לנוזל להידבק למשטח מוצק, כמו קצה הזכוכית. כוחות מגובשים הם אלה המושכים מולקולות נוזליות זה לזה. השילוב של הידבקות וכוחות מלוכדים גורם לנוזל לעלות במעלה צינור דק.
- בעזרת הגובה הנוזל עולה ניתן לחשב את מתח השטח של אותו נוזל.
- הלכידות גורמת למים ליצור בועות או טיפות על פני השטח. כאשר נוזל נמצא במגע עם אוויר, המולקולות מרגישות כוחות אטרקטיביים זו לזו ויוצרות בועה על פני השטח.
- הידבקות גורמת למיניסקוס שנראה בנוזלים כשהם נצמדים לדפנות הכוס. זו הצורה הקעורה בחלק העליון של הנוזל הנשקפת בגובה העיניים.
- דוגמא לפעולה נימית היא התבוננות במים עולים בקשית המונחת בכוס מים.
2
הגדר את המשוואה לפיתרון מתח פני השטח. מתח השטח ניתן על ידי המשוואה S = (ρhga / 2) כאשר S הוא מתח השטח, ρ (או rho) הוא צפיפות הנוזל שאתה מודד, h הוא הגובה שהנוזל עולה בצינור, g הוא תאוצה עקב כוח המשיכה הפועל על הנוזל (9,8 מ '/ שנייה ²) ו- a הוא רדיוס הצינור הנימי.
- כאשר עובד דרך המשוואה הזו, לוודא שכול היחידות שלך נמצאת הנאה מטר הטופס: צפיפות ב ק"ג / מ ' ³, גובה רדיוס במטרים, וכוח המשיכה m / s ².
- אם הצפיפות של הנוזל אינה ניתנת, ניתן לחפש אותה בספר עיון או לחשב אותה באמצעות צפיפות המשוואה = מסה / נפח.
- היחידה למתח פני השטח היא ניוטון אחד למטר (N / m). ניוטון שווה 1 ק"ג-מ '/ s ². כדי לעבד את היחידות לבד, פשוט פתר את המשוואה ביחידות בלבד. S = kg / m³ * m * m / s ² * m. שתיים מיחידות המונה מבטלות שתיים מיחידות המטר ונותרות עם 1 ק"ג-מ '/ שנייה ² / מ' או 1 נ '/ מ'.
3
מלא מיכל בנוזל בעל מתח פנים לא ידוע. בעזרת צלחת או קערה רדודה, ממלאים אותה בערך סנטימטר מהנוזל המדובר. כמות הנוזלים שנוספה לא משנה כל עוד ניתן לראות בבירור את עליית הנוזל בתוך צינור הנימים.
- אם חוזרים על כך בנוזלים שונים, וודאו כי התבשיל מנוקה היטב ומייבש לפני הוספת הנוזל הבא. לחלופין, פשוט השתמש בכלים נפרדים לכל נוזל.
4
מניחים צינור שקוף ודק לתוך הנוזל. זהו הצינור ממנו תיקח את המידות שלך כדי לחשב את מתח הפנים. הצינור חייב להיות שקוף כדי שתוכלו לראות עד כמה הנוזל עולה מעל המפלס בכלי. הצינור חייב להיות בעל אותו רדיוס לאורך כל הדרך.
- כדי למדוד את הרדיוס, פשוט הניחו סרגל על פני החלק העליון של הצינור וקבעו את הקוטר. חלקו את הקוטר ב -2 ויש לכם את הרדיוס.
- אתה יכול לקנות את הצינורות האלה באופן מקוון או מחנות חומרי בניין.
5

מדוד את הגובה שבו הנוזל עולה מעל הנוזל שבמיכל. מניחים את תחתית הסרגל היישר מעל הנוזל בכלי ומודדים כמה גבוה הנוזל עלה לצינור. המים עולים עקב כוח המתח כלפי מעלה גדול מכוח הכבידה כלפי מטה.
6
חבר את הערכים הנמדדים למשוואה ופתור. לאחר שקבעת את כל המשתנים הדרושים, תוכל לחבר אותם לנוסחה ולפתור מתיחת שטח. זכור להמיר את כל הערכים שלך למדד כדי שניתן יהיה לפתור את הבעיה כראוי.
- לדוגמא, נניח שאנחנו מודדים את מתח הפנים של המים. מים יש צפיפות סביב 1 ק"ג / מ ' ³ (נשתמש בערכים מקורבים בדוגמה זו). המשתנה g הוא תמיד 9,8 m / s ². רדיוס הצינור הוא 0,029 מ ' והמים עולים 0,5 מ'. מה מתח הפנים של המים?
- חיבור המשתנים לתשואות המשוואה: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1420.5 = 0,071 J / m².

למדידת מתח פני השטח בשיטת הנימים, מלאו צלחת רדודה עם 2,50 ס"מ מים.

שיטה 3 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח היחסי באגורה

1
אסוף את החומרים שלך. לצורך ניסוי זה תזדקק לטפטפת עיניים, אגורה יבשה, מים, קערה קטנה, סבון כלים, שמן ומגבת. ניתן למצוא את רוב הפריטים הללו ברחבי הבית או לרכוש אותם במכולת. אינך צריך להשתמש בסבון כלים ושמן, אך תרצה נוזלים שונים כדי להשוות בין המתח הפנימי שלהם.
- וודאו שהפרוטה נקייה ויבשה לחלוטין לפני תחילת הניסוי. אם יש נוזלים אחרים על הפרוטה, הניסוי לא יהיה מדויק.
- ניסוי זה אינו מאפשר לך לחשב את מתח הפנים, אלא רק לקבוע מתיחות פני שטח של נוזלים שונים ביחס זה לזה.
2
טפטפו טיפת נוזל אחת בכל פעם לאגורה. הניחו את האגורה על גבי מגבת או משטח שלא אכפת לכם להירטב. ממלאים את הטפטפת בנוזל הראשון. לאט לאט, טפטפו את הנוזל על האגורה, ודאגו להפיל טיפה אחת בכל פעם. ספרו את מספר הטיפות שנדרשות למילוי האגורה עד שהנוזל נגמר.
- רשום כמה טיפות לוקח לנוזל לזרום מעבר לדופן האגורה.
3
חזור על הניסוי עם נוזל אחר. נקו וייבשו את האגורה בין כל בדיקת נוזלים. ייבש את המשטח עליו הנחת את האגורה לפני שחזור על הניסוי. השתמש בטפטפות מרובות או נקה אותו בין השימושים.
- נסה לערבב מעט סבון כלים למים ולשחרר שוב כדי לראות אם מתח הפנים משתנה.
4
השווה את מספר הטיפות שנדרש כדי למלא את האגורה לכל נוזל. נסה לחזור על הניסוי עם אותו נוזל מספר פעמים כדי לראות אם אתה מקבל ספירה מדויקת. ממוצע הניסויים ביחד על ידי הוספתם יחד וחלוקה לפי מספר הניסויים שבוצעו. כתוב אילו חומרים דרשו הכי הרבה טיפות ואילו דרשו הכי מעט למלא את האגורה.
- לחומרים עם מתח פני שטח גבוה יותר יהיו יותר טיפות על הפרוטה מאשר חומרים עם מתח פנים נמוך יותר.
- סבון הכלים מוריד את מתח הפנים של המים, תוך שימוש במעט טיפות למילוי האגורה.

לחומרים עם מתח פני שטח גבוה יותר יהיו יותר טיפות על הפרוטה מאשר חומרים עם מתח פנים נמוך יותר.

דברים שתזדקק להם

קש, סרגל פלסטיק או מוט נוקשה אחר
חוט
נייר אלומיניום
דוגמנות חימר או חומר דומה אחר
מחט ארוכה או מסמר לנקודת המשען
מהדק נייר או מחט לשקיעה במים
ספרים או חומר אחר בעל משקל שווה לתמיכה בקורת האיזון
מחשבון
מיכל קטן
מים
טפטפת עיניים, פיפטה או סיכות
אבנית דואר או מכשיר שקילה קטן אחר
צלחת שטוחה

קרא גם: איך מזהים עץ שקמה?

איך מודדים את מתח הפנים?

צעדים

שיטה 1 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח עם קרן איזון

שיטה 2 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח עם פעולת נימים

שיטה 3 מתוך 3: מדידת מתח פני השטח היחסי באגורה

דברים שתזדקק להם

שאלות ותשובות

תגובות (10)