Описание установки и методика проведения эксперимента

Прибор для измерения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в пузырьке воздуха разработан академиком П.А. Ребиндером. Установка (рис.2) состоит из трубки Т, нижняя часть которой заканчивается капилляром радиуса . Трубка Т соединяется с водяным манометром М и резиновой грушей Г. Между манометром М и грушей Г находится кран К, позволяющий соединять грушу и левое колено манометра с атмосферой. Капилляр опускается в исследуемую жидкость на глубину нескольких мм. Открыв кран К, добиваются равновесия воды в коленах водяного манометра. Если осторожно нагнетать воздух грушей в капилляр, то на конце капилляра возникает пузырек воздуха (П). При этом давление в трубке возрастает, вода в правом колене поднимается, в левом опускается. В момент отрыва пузырька от капилляра устанавливается постоянное избыточное давление в манометре.

Рисунок 2

Введем следующие обозначения:

- давление в трубке в момент отрыва пузырька воздуха от капилляра;

- давление под криволинейной поверхностью пузырька, определяемое по формуле Лапласа

;

- атмосферное давление.

Тогда для капилляра можно записать условие отрыва пузырька от капилляра (условие равновесия):

. (4)

С другой стороны, равновесие мысленной площадки в нижней части водяного манометра наступает в том случае, когда давление, производимое на эту площадку слева () будет равно давлению на эту же площадку справа (), т.е.

= . (5)

Если почленно из соотношения (5) вычесть уравнение (4), то получим следующее выражение:

. (6)

Отсюда

, (7)

где - разность высот воды в трубках водяного манометра.

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения может быть найден по формуле

. (8)

Отсюда можно определить радиус капилляра (воздушного пузырька)

. (9)

Поскольку непосредственное определение радиуса капилляра и, таким образом, радиуса пузырька воздуха затруднительно, то как правило используют относительный метод. Вначале проводят измерение для стандартной жидкости (эталона) с известным значением коэффициента поверхностного натяжения и плотности. В качестве такой стандартной жидкости удобно выбрать дистиллированную воду, коэффициент поверхностного натяжения и плотность которой представлены в таблице 1. Измерение избыточного давления водяного манометра для дистиллированной воды (эталона) выполняют при заданных условиях проведения эксперимента (температуре, атмосферном давлении). По

формуле (9) можно рассчитать радиус капилляра, который в дальнейшем используется при определении коэффициента поверхностного натяжения исследуемых жидкостей.

Плотность и поверхностное натяжение воды Таблица 1

T, 0С	, 103 кг/м3	, 10-3 Н/м	Примечание
	0,99987	75,62
	1,00000	75,06
	0,99997	74,76
	0,99988	74,48
	0,99973	74,20
	0,99953	73,92
	0,99927	73,64
	0,99897	73,34
	0,99862	73,05
	0,99823	72,75
	0,99780	72,44
	0,99733	72,12
	0,99568	71,15
	0,99225	69,55