Come misurare la tensione superficiale

Video: LA SCIENZA A CASA! | Che cos’è la tensione superficiale?

Contenuto

Passi
Metodo 1 di 3: utilizzo di un bilanciere
Metodo 2 di 3: Per effetto capillare
Metodo 3 di 3: Come determinare la tensione superficiale relativa usando una moneta
Di che cosa hai bisogno

La tensione superficiale descrive la capacità di un fluido di resistere alla gravità. Ad esempio, l'acqua su un tavolo forma goccioline mentre le molecole d'acqua vengono attratte l'una dall'altra, il che contrasta la gravità. È a causa della tensione superficiale che oggetti più pesanti, come gli insetti, possono essere trattenuti sulla superficie dell'acqua. La tensione superficiale è misurata in forza (N) divisa per unità di lunghezza (m) o energia per unità di superficie. La forza con cui interagiscono le molecole d'acqua (forza coesiva) crea tensione, con conseguente goccioline d'acqua (o altri liquidi). La tensione superficiale può essere misurata con pochi semplici oggetti che si trovano in quasi tutte le case e una calcolatrice.

Passi

Metodo 1 di 3: utilizzo di un bilanciere

1 Scrivi l'equazione della tensione superficiale. In questo esperimento, l'equazione per determinare la tensione superficiale è la seguente: F = 2Sd, dove F - forza in newton (N), S - tensione superficiale in newton per metro (N/m), D è la lunghezza dell'ago utilizzato nell'esperimento. Esprimiamo la tensione superficiale da questa equazione: S = F / 2d.
- La forza sarà calcolata alla fine dell'esperimento.
- Prima di iniziare l'esperimento, usa un righello per misurare la lunghezza dell'ago in metri.
2 Costruisci un piccolo bilanciere. Questo esperimento utilizza un bilanciere e un piccolo ago che galleggia sulla superficie dell'acqua per determinare la tensione superficiale.È necessario considerare attentamente la costruzione del bilanciere, poiché l'accuratezza del risultato dipende da esso. Puoi usare vari materiali, l'importante è creare una barra orizzontale da qualcosa di duro: legno, plastica o cartone spesso.
- Determina il centro dell'asta (ad esempio una cannuccia o un righello di plastica) che utilizzerai come traversa e pratica un foro o pratica un foro in questo punto; questo sarà il fulcro della traversa, in corrispondenza della quale ruoterà liberamente. Se stai usando una cannuccia di plastica, forala semplicemente con uno spillo o un chiodo.
- Praticare o praticare dei fori alle estremità della traversa in modo che siano equidistanti dal centro. Passare i fili attraverso i fori per appendere la tazza e l'ago dei pesi.
- Se necessario, sostenere la trave con libri o altri oggetti abbastanza duri da mantenerla orizzontale. È necessario che la traversa ruoti liberamente attorno a un chiodo oa un'asta bloccata al centro.
3 Prendi un foglio di alluminio e arrotolalo a forma di scatola o piattino. Non è affatto necessario che questo piattino abbia una forma regolare quadrata o tonda. Lo riempirai d'acqua o di qualche altro peso, quindi assicurati che possa sostenere il peso.
- Appendi una scatola di carta stagnola o un piattino a un'estremità della barra. Fai dei piccoli fori lungo i bordi del piattino e infilali attraverso di essi in modo che il piattino penda dalla barra.
4 Appendi un ago o una graffetta dall'altra estremità della barra in modo che sia orizzontale. Lega un ago o una graffetta orizzontalmente al filo che pende dall'altra estremità della barra. Affinché l'esperimento abbia successo, è necessario posizionare l'ago o la graffetta esattamente in orizzontale.
5 Metti qualcosa sulla barra, come la plastilina, per bilanciare il contenitore del foglio di alluminio. Prima di iniziare l'esperimento, è necessario assicurarsi che la traversa sia posizionata orizzontalmente. Il piattino di alluminio è più pesante dell'ago, quindi la barra sul lato del piattino si abbasserà. Attacca abbastanza plastilina al lato opposto della barra in modo che sia orizzontale.
- Questo si chiama bilanciamento.
6 Metti l'ago o la graffetta penzolante in un contenitore d'acqua. Questo passaggio richiederà uno sforzo aggiuntivo per posizionare l'ago sulla superficie dell'acqua. Assicurati che l'ago non affondi nell'acqua. Riempi un contenitore con acqua (o un altro liquido di tensione superficiale sconosciuta) e posizionalo sotto l'ago appeso in modo che l'ago sia direttamente sulla superficie del liquido.
- Assicurarsi che la corda che tiene l'ago rimanga in posizione e sia sufficientemente tesa.
7 Pesare alcuni spilli o una piccola quantità di gocce d'acqua misurate su piccola scala. Aggiungerai uno spillo o una goccia d'acqua al piattino di alluminio sul bilanciere. In questo caso, è necessario conoscere il peso esatto al quale l'ago si staccherà dalla superficie dell'acqua.
- Contare il numero di spilli o gocce d'acqua e pesarli.
- Determina il peso di uno spillo o di una goccia d'acqua. Per fare ciò, dividi il peso totale per il numero di spilli o gocce.
- Supponiamo che 30 spilli pesino 15 grammi, quindi 15/30 = 0,5, cioè uno spillo pesa 0,5 grammi.
8 Aggiungi spilli o gocce d'acqua uno alla volta in un piattino di alluminio fino a quando l'ago non si stacca dalla superficie dell'acqua. Aggiungere gradualmente uno spillo o una goccia d'acqua. Osserva attentamente l'ago per non perdere il momento in cui, dopo il successivo aumento di peso, si staccherà dall'acqua. Una volta che l'ago si stacca dalla superficie del liquido, smetti di aggiungere spilli o gocce d'acqua.
- Contare il numero di spilli o gocce d'acqua che hanno fatto staccare l'ago all'estremità opposta della barra dalla superficie dell'acqua.
- Annota il risultato.
- Ripeti l'esperimento diverse (5 o 6) volte per ottenere risultati più accurati.
- Calcola la media dei risultati ottenuti. Per fare ciò, aggiungi il numero di pin o gocce in tutti gli esperimenti e dividi il totale per il numero di esperimenti.
9 Converti il numero di pin in forza. Per fare ciò, moltiplica il numero di grammi per 0,00981 N / g. Per calcolare la tensione superficiale, è necessario conoscere la forza necessaria per sollevare l'ago dalla superficie dell'acqua. Poiché hai contato il peso dei perni nel passaggio precedente per determinare la forza, devi solo moltiplicare quel peso per 0,00981 N / g.
- Moltiplica il numero di spilli nel piattino per il peso di uno spillo. Ad esempio, se inserisci 5 spilli del peso di 0,5 grammi ciascuno, il loro peso totale è 0,5 grammi / spillo = 5 x 0,5 = 2,5 grammi.
- Moltiplicare il numero di grammi per un fattore di 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Inserisci questi valori nell'equazione e trova il valore che stai cercando. I risultati ottenuti durante l'esperimento possono essere utilizzati per determinare la tensione superficiale. Basta inserire i valori che trovi e calcolare il risultato.
- Diciamo che nell'esempio sopra, la lunghezza dell'ago è 0,025 metri. Sostituendo i valori nell'equazione e otteniamo: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Pertanto, la tensione superficiale del liquido è 0,05 N / m.

Metodo 2 di 3: Per effetto capillare

1 Scopri l'effetto capillare. Per comprendere i fenomeni capillari bisogna prima familiarizzare con le forze di adesione e di coesione. L'adesione fa sì che il liquido si attacchi a una superficie dura come il vetro. A causa della forza di coesione, le molecole del liquido vengono attratte l'una dall'altra.L'azione combinata delle forze di adesione e coesione fa sì che il liquido salga in tubi sottili.
- Dall'altezza della salita del liquido nel tubo, si può calcolare la tensione superficiale di questo liquido.
- Le forze coesive portano alla formazione di bolle e goccioline sulla superficie. Quando un liquido entra in contatto con l'aria, le molecole del liquido vengono attratte l'una dall'altra, determinando la formazione di una bolla.
- L'adesione porta alla formazione di un menisco, che si nota nei punti di contatto del liquido con le pareti del vetro. La forma concava del menisco è visibile ad occhio nudo.
- Un esempio di effetto capillare è il sollevamento di un liquido in una cannuccia che viene posta in un bicchiere d'acqua.
2 Scrivi l'equazione per determinare la tensione superficiale. La tensione superficiale si calcola come segue: S = (ρhga / 2), dove S - tensione superficiale, ρ - densità del liquido indagato, h - l'altezza della risalita del liquido nel tubo, G - accelerazione di gravità dovuta alla gravità che agisce sul liquido (9,8 m/s), un è il raggio del tubo capillare.
- Quando si sostituiscono i dati in questa equazione, assicurarsi che siano espressi in unità metriche: densità in kg/m, altezza e raggio in metri, accelerazione di gravità in m/s.
- Se la densità del liquido non è data in anticipo, può essere trovata nel manuale o calcolata utilizzando la formula densità = massa / volume.
- La tensione superficiale si misura in newton per metro (N/m). Newton è uguale a 1 kg * m / s. Per determinare in modo indipendente le unità di misura, è sufficiente sostituirle solo nell'equazione, senza valori numerici: S = kg / m * m * m / s * m.Se riduciamo di due metri il numeratore e il denominatore, otteniamo 1 kg * m / s / m, cioè 1 N / m.
3 Versare un liquido di tensione superficiale sconosciuta nel contenitore. Prendi un piatto o una ciotola poco profondo e versaci il liquido in modo che copra il fondo di 2 o 3 centimetri. La quantità di liquido non ha importanza, l'importante è che sia chiaramente visibile quanto salirà nel tubo capillare.
- Se hai intenzione di sperimentare con liquidi diversi, pulisci e asciuga accuratamente il piatto prima di versarvi un liquido diverso, oppure usa ogni volta un contenitore diverso.
4 Immergi un tubo sottile e pulito nel liquido. Dall'altezza dell'aumento del fluido in questo tubo, determinerai la tensione superficiale.Tieni il tubo libero in modo da poter vedere chiaramente quanto in alto il liquido salirà al di sopra del suo livello nel piatto. Inoltre, il tubo deve avere un raggio costante.
- Per misurare il raggio, posiziona semplicemente un righello contro la parte superiore del tubo e determina il diametro. Quindi dividi il diametro per 2 e troverai il raggio.
5 Misurare l'altezza in cui il liquido è salito al di sopra del suo livello nella piastra. Spostare il bordo del righello sulla superficie del liquido nel vassoio e determinare quanto in alto è salito il liquido nel tubo. L'acqua nel tubo sale perché la forza di sollevamento della tensione superficiale supera la forza di attrazione della gravità.
6 Inserisci questi valori nell'equazione e fai i calcoli. Dopo aver determinato tutti i valori richiesti, inseriscili nell'equazione e trova la tensione superficiale. Assicurati di convertire tutti i valori in unità metriche per ottenere il risultato corretto.
- Supponiamo di misurare la tensione superficiale dell'acqua. La densità dell'acqua è di circa 1 kg/m3 (in questo esempio stiamo usando valori approssimativi). L'accelerazione di gravità è di 9,8 m/s. Lascia che il raggio del tubo sia 0,029 m e l'acqua è salita a un'altezza di 0,5 m Qual è la tensione superficiale dell'acqua?
- Sostituisci i valori ottenuti nell'equazione e ottieni: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metodo 3 di 3: Come determinare la tensione superficiale relativa usando una moneta

1 Raccogli tutto ciò di cui hai bisogno. Per questo esperimento, avrai bisogno di un contagocce, una moneta asciutta, acqua, una piccola ciotola, detersivo per piatti, olio vegetale e un asciugamano. Tutti questi possono essere trovati a casa o acquistati presso il tuo negozio locale. Puoi fare a meno del detersivo per i piatti e dell'olio vegetale, ma avrai bisogno di alcuni liquidi diversi per il confronto.
- Assicurati che la moneta sia pulita e asciutta prima di iniziare l'esperimento. Se usi una moneta bagnata, otterrai risultati imprecisi.
- Questo esperimento non consente di calcolare la tensione superficiale; può essere utilizzato solo per confrontare la tensione superficiale di liquidi diversi.
2 Fai cadere una goccia di liquido alla volta sulla superficie della moneta. Metti la moneta su un asciugamano o su un'altra superficie che è sicura da bagnare. Prendi il primo liquido nella pipetta, quindi applica lentamente una goccia sulla moneta. Quando lo fai, conta le gocce. Continua finché il liquido non fuoriesce dalla moneta.
- Registra quante gocce sono servite perché il liquido si rovesciasse fuori dalla moneta.
3 Ripetere questa procedura con fluidi diversi. Pulisci e asciuga la moneta ogni volta che cambi il liquido. Asciuga anche la superficie su cui appoggia la moneta. Utilizzare pipette diverse o pulire la pipetta prima di un nuovo esperimento.
- Prova ad aggiungere del detersivo per i piatti all'acqua, quindi gocciola l'acqua su una moneta e vedi se la tensione superficiale cambia.
4 Confronta il numero di gocce necessarie per diversi liquidi per riempire una moneta. Prova a ripetere l'esperimento con lo stesso liquido più volte per vedere se i risultati sono accurati. Media dei risultati: aggiungi il numero di gocce in diversi esperimenti e dividi il totale per il numero di esperimenti. Annota quante gocce sono servite ai diversi liquidi per riempire la moneta.
- Più gocce di un dato liquido sono necessarie per riempire una moneta, maggiore è la tensione superficiale di questo liquido.
- Il detersivo per piatti abbassa la tensione superficiale dell'acqua; aggiungendo ci vorranno meno gocce per riempire la moneta.