İçerik

• Adımlar
• Topluluk Soruları ve Cevapları
• İhtiyaç Duyacağınız Şeyler

Diğer Bölümler

Yüzey gerilimi, bir sıvının yerçekimi kuvvetine direnme kabiliyetini ifade eder. Örneğin su, yüzeydeki su molekülleri yerçekimine karşı gruplaştığı için masa üzerinde damlacıklar oluşturur. Yüzey gerilimi, böcek gibi daha yoğun bir nesnenin su yüzeyinde yüzebilmesini sağlayan şeydir. Yüzey gerilimi, uzunluk (m) gibi bir birim üzerine uygulanan kuvvet (N) miktarı veya ölçülen bir alanın enerji miktarı ile ölçülür. Bunlar, metre başına Newton (veya N / metre) olarak ölçülür. Su moleküllerinin birbirlerine uyguladıkları kuvvetler veya kohezif kuvvetler gerilmeye neden olur ve su (veya diğer sıvı) damlalarının şeklinden sorumludur. Yüzey gerilimini birkaç ev eşyası ve bir hesap makinesi ile ölçebilirsiniz.

Adımlar

Yöntem 1/3: Denge Kirişiyle Yüzey Gerilimi Ölçümü

1. 

   
   
   Yüzey gerilimini çözmek için denklemi tanımlayın. Bu deneyde, yüzey gerilimi denklemi aşağıdaki denklem ile belirlenecektir. F = 2sd. F Newton cinsinden kuvvettir (N), s (N / m) cinsinden yüzey gerilimidir ve d deneyde kullanılan iğnenin uzunluğudur. Yüzey gerilimi verimlerini çözmek için denklemi yeniden düzenleme s = F / 2d.
   • Deney sonunda kuvvet hesaplanacaktır.
   • Deneye başlamadan önce bir cetvel kullanarak iğnenin uzunluğunu metre cinsinden ölçün.

2. 

   
   
   Küçük bir denge kirişi oluşturun. Bu deneyde, yüzey gerilimini ölçmek için bir denge çubuğu ve su yüzeyinde yüzen küçük bir iğne kullanacaksınız. Doğru bir sonuç alabilmeniz için denge kirişinin iyi yapılandırılması gerekir. Bunun için birçok farklı malzeme türü kullanabilirsiniz, sadece orta kirişin ahşap, plastik veya yoğun karton gibi sağlam bir şey olduğundan emin olun.
   • Kirişiniz için kullanılacak malzemenin merkezini işaretleyin (saman, plastik cetvel) ve içinden bir delik açın veya delin; bu dayanak noktası (ışının serbestçe dönmesine izin veren nokta) olacaktır. Plastik bir pipet kullanıyorsanız, doğrudan bir iğne veya çivi sokabilirsiniz.
   • Kirişin her iki ucuna bir delik açın veya ortasından aynı mesafede olmasını sağlayın. Denge kapları için tutucu görevi görmek üzere her delikten bir ip geçirin. Her iki uçtaki her delik için 1 ip olduğundan emin olun.
   • Orta kirişin serbestçe dönebilmesi için çiviyi iki kitap yığını arasında yatay olarak yerleştirin.

3. 

   
   
   Bir kutu veya tabak oluşturmak için bir parça alüminyum folyoyu katlayın. Yemeğin tam olarak kare veya yuvarlak olması gerekmez. Çanak su veya başka bir ağırlık ile doldurulacaktır, bu yüzden bunu destekleyecek kadar sağlam olduğundan emin olun.
   • Kutuyu veya çanağı kirişin bir ucundan asın. Çanağın kenarlarına küçük delikler açın ve kabı tutmak için ipi geçirin.

4. 

   Kirişin diğer ucuna yatay olarak bir iğne veya ataç asın. Kirişin diğer tarafında, düz durması için ipin ucuna bir ataş veya iğne bağlayın. Deneyin işe yaraması için, ataç veya iğnenin yatay olması önemlidir.

5. 

   Alüminyum kabı dengelemek için kirişin üzerine kil veya play-doh gibi bir malzeme parçası yerleştirin. Deneye başlamadan önce, ışının düz durduğundan emin olmak istersiniz. Çanak, iğneden daha ağır olacak ve kirişin çanak yönünde alçalmasına neden olacaktır. Kirişin düz olması için kirişin karşı tarafına yeterince kil ekleyin.
   • Buna karşı dengeleme denir. Kil, kirişi dengelediği için hesaplamaları etkilemez.

6. 

   Kirişten sarkan iğneyi veya ataşı bir su kabına yerleştirin. Bu adım, iğnenin su yüzeyinin hemen üzerinde durmasını sağlamak için biraz daha fazla çaba gerektirebilir. İğnenin suya batırılmasını istemezsiniz. Bir kabı suyla (veya yüzey gerilimi bilinmeyen başka bir sıvıyla) doldurun ve iğnenin altına, iğnenin doğrudan yüzeyin üzerinde durmasına izin verecek bir yükseklikte yerleştirin.
   • İğne suyun üstüne çıktığında iğneyi yerinde tutan ipin gergin kaldığından emin olun.

7. 

   Küçük bir posta ölçeğinde bir grup toplu iğne veya ölçülen birkaç damla su tartın. Daha önce inşa ettiğiniz alüminyum çanağa birer birer iğne veya su damlası ekleyeceksiniz. Hesaplama için iğneyi sudan çıkarmak için tam olarak ne kadar ağırlık gerektiğini bilmek önemlidir.
   • Birkaç iğne veya su damlasını sayın ve tartın.
   • Toplam ağırlığı iğne veya su damlası sayısına bölerek her damla veya iğnenin ayrı ağırlığını belirleyin.
   • Örneğin, 30 iğnenin 15 gram ağırlığında olduğunu varsayalım: 15/30 = 0.5. Her bir iğne 0,5 gram ağırlığındadır.

8. 

   İğne su yüzeyinden kurtulana kadar iğneleri veya su damlalarını alüminyum folyo kabınıza birer birer ekleyin. Alüminyum kaba yavaşça bir iğne veya damla su ekleyin. Her yeni eklemede sudan çıkıp çıkmadığını görmek için iğneyi yakından izleyin. İğne su yüzeyiyle artık temas etmediğinde iğne / damla eklemeyi bırakın.
   • Karşı ağırlığı su yüzeyinden çıkarmak için gereken pim veya su damlalarının sayısını sayın.
   • Her okumayı kaydedin.
   • Daha doğru okumalar için egzersizi birkaç kez (5 veya 6) tekrarlayın.
   • Her denemede gereken toplam iğne sayısını ekleyerek ve bunu toplam deneme sayısına bölerek sonuçların ortalamasını hesaplayın.

9. 

   Gram sayısını 0,00981 N / g ile çarparak pin ölçüsünü yürürlüğe koyun. Yüzey gerilimini hesaplamak için, iğneyi sıvının yüzeyinden çıkarmak için gereken toplam kuvvet miktarını bilmeniz gerekir. Önceki adımda pimleri tarttığınız için, bu hesaplamayı 0.00981 N / g dönüştürme faktörünü kullanarak kolayca yapabilirsiniz.
   • Çanağa eklenen pim sayısını her pimin ağırlığıyla çarpın. Örneğin, 0,5 g / pin = 5 x 0,5 = 2,5 g'de 5 pin.
   • Gram miktarını 0,00981 N / g dönüşüm faktörü ile çarpın: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N

10. 

    Değişkenleri denkleme koyun ve çözün. Deney boyunca topladığınız ölçümleri kullanarak artık kuvveti çözebilirsiniz. Sayıları doğru değişkene yerleştirmeniz ve uygun işlem sırasını kullanarak çözmeniz yeterlidir.
    • Örneğimize devam edersek, iğnenin 0,025 m uzunluğunda olduğunu varsayalım. Değişkenleri denkleme eklemek: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Sıvının yüzey gerilimi 0,05 N / m'dir.

Yöntem 2/3: Kılcal Hareketle Yüzey Gerilimi Ölçümü

1. 

   Kılcal hareketi anlayın. Kılcal hareketi anlamak için önce yapışma ve kohezif kuvvetleri anlamanız gerekir. Yapışma, bir sıvının cam kenarı gibi katı bir yüzeye yapışmasına neden olan kuvvettir. Kohezif kuvvetler, sıvı molekülleri birbirine doğru çeken kuvvetlerdir. Yapışma ve kohezif kuvvetlerin kombinasyonu, bir sıvının ince bir tüpün merkezinde yükselmesine neden olur.
   • Sıvının yükseldiği yükseklik, o sıvının yüzey gerilimini hesaplamak için kullanılabilir.
   • Kohezyon, suyun bir yüzeyde kabarcıklar veya damlacıklar oluşturmasına neden olur. Bir sıvı hava ile temas ettiğinde, moleküller birbirlerine karşı çekici kuvvetler hisseder ve yüzeyde bir kabarcık oluşturur.
   • Yapışma, sıvılarda cam kenarlarına yapıştıklarında görülen menisküsün oluşmasına neden olur. Göz hizasında görülen sıvının üst kısmındaki içbükey şekildir.
   • Kılcal hareketin bir örneği, bir bardak suya yerleştirilmiş bir pipette suyun yükselmesini izlemektir.

2. 

   Yüzey gerilimini çözmek için denklemi tanımlayın. Yüzey gerilimi denklemle verilir S = (ρhga / 2) nerede S yüzey gerilimi ρ (veya rho) ölçtüğünüz sıvının yoğunluğudur, h sıvının tüp içinde yükseldiği yüksekliktir, g sıvıya etki eden yerçekimine bağlı ivme (9,8 m / s) ve a kılcal borunun yarıçapıdır.
   • Bu denklem üzerinde çalışırken, tüm birimlerinizin uygun metrik biçimde olduğundan emin olun: kg / m cinsinden yoğunluk, metre cinsinden yükseklik ve yarıçap ve m / s cinsinden yerçekimi.
   • Sıvının yoğunluğu belirtilmezse, bir referans kitapta inceleyebilir veya yoğunluk = kütle / hacim denklemini kullanarak bunu hesaplayabilirsiniz.
   • Yüzey gerilimi birimi metre başına bir newton'dur (N / m). Bir Newton, 1 kg-m / s'ye eşittir. Birimleri kendi başınıza çözmek için, denklemi sadece birimlerle çözün. S = kg / m * m * m / s * m. Sayaç birimlerinden ikisi, metre başına birimlerin ikisini iptal eder ve 1 kg-m / s / m veya 1 N / m kalırsınız.

3. 

   Bir kabı bilinmeyen yüzey gerilimine sahip sıvıyla doldurun. Sığ bir tabak veya kase kullanarak, söz konusu sıvının yaklaşık bir inçiyle doldurun. Kapiler tüp içindeki sıvının artışını net bir şekilde görebildiğiniz sürece eklenen sıvı miktarı önemli değildir.
   • Bunu farklı sıvılarla tekrar ederseniz, sonraki sıvıyı eklemeden önce yemeğin iyice temizlendiğinden ve kurutulduğundan emin olun. Alternatif olarak, her sıvı için ayrı kaplar kullanın.

4. 

   Sıvıya şeffaf, ince bir tüp yerleştirin. Yüzey gerilimini hesaplamak için ölçümlerinizi alacağınız tüptür. Tüp, sıvının çanak içindeki seviyenin ne kadar üstüne çıktığını görebilmeniz için temiz olmalıdır. Tüp de aynı yarıçapa sahip olmalıdır.
   • Yarıçapı ölçmek için, borunun üst kısmına bir cetvel yerleştirin ve çapı belirleyin. Çapı 2'ye böldüğünüzde yarıçapınız olur.
   • Bu tüpleri çevrimiçi olarak veya bir hırdavatçıdan satın alabilirsiniz.
   • Bir pipette veya geniş bir tüpte sıvının yükseleceği yükseklikteki küçük değişiklikleri doğru bir şekilde ölçmek zor olabilir. Suyun yükseleceği yükseklik, borunun çapıyla ters orantılı olduğundan (daha dar boru = daha yüksek yükselme), bu deneyin dar şeffaf bir kılcal boru ile yapılması çok daha kolaydır. Bunlar çevrimiçi olarak düşük maliyetle satın alınabilir, ancak iç çapın sağlandığını (tipik olarak yaklaşık 1 mm-1,2 mm) ve her iki ucunun da açık olduğunu onaylayın. Kırılgan olduklarından ve camdan yapıldıklarından, tutarken dikkatli olun.

5. 

   Sıvının kaptaki sıvının üzerine çıktığı yüksekliği ölçün. Bir cetvelin altını doğrudan çanak içindeki sıvının üzerine yerleştirin ve sıvının tüpe ne kadar yükseldiğini ölçün. Yüzey geriliminin yukarı yönlü kuvvetinin yerçekiminin aşağı yönlü kuvvetinden daha büyük olması nedeniyle su yükselir.

6. 

   Ölçülen değerleri denkleme koyun ve çözün. Gerekli tüm değişkenleri belirledikten sonra, bunları formüle ekleyebilir ve yüzey gerilimini çözebilirsiniz. Sorunun doğru bir şekilde çözülebilmesi için tüm değerlerinizi metriğe dönüştürmeyi unutmayın.
   • Örneğin, suyun yüzey gerilimini ölçtüğümüzü varsayalım. Suyun yoğunluğu yaklaşık 1000 kg / m'dir (bu örnekte yaklaşık değerleri kullanacağız). G değişkeni her zaman 9,8 m / s'dir. Tüpün yarıçapı 029 m ve su 0.0005 m yükselir. Suyun yüzey gerilimi nedir?
   • Değişkenleri denkleme eklemek: S = (ρhga / 2) = (1000 x 9.8 x 0.029 x 0.0005) / 2 = 0.1421 / 2 = 0.071 J / m.

Yöntem 3/3: Bağıl Yüzey Gerilimi Bir Kuruşla Ölçme

1. 

   Malzemelerinizi toplayın. Bu deney için bir göz damlası, kuru bir kuruş, su, küçük bir kase, bulaşık deterjanı, yağ ve bir havluya ihtiyacınız olacak. Bu eşyaların çoğu evin etrafında bulunabilir veya marketten satın alınabilir. Bulaşık deterjanı ve yağı kullanmak zorunda değilsiniz, ancak farklı sıvıların yüzey gerilimlerini karşılaştırmasını isteyeceksiniz.
   • Deneye başlamadan önce kuruşun tamamen temiz ve kuru olduğundan emin olun. Kuruşta başka sıvılar varsa, deney doğru olmayacaktır.
   • Bu deney, yüzey gerilimini hesaplamanıza izin vermez, sadece farklı sıvıların birbirlerine göre yüzey gerilimlerini belirlemenize izin verir.

2. 

   Her seferinde bir damla sıvı damlatın. Parayı bir havlunun veya ıslanmasını önemsemeyeceğiniz bir yüzeyin üzerine koyun. Damlalığı ilk sıvıyla doldurun. Yavaşça, bir seferde sadece bir damla damlatmaya dikkat ederek sıvıyı yavaşça kuruşun üzerine damlatın. Sıvı akana kadar kuruşu doldurmak için gereken damla sayısını sayın.
   • Sıvının kuruşun kenarından akması için kaç damla gerektiğini yazın.

3. 

   Deneyi farklı bir sıvıyla tekrarlayın. Her sıvı testi arasında kuruşu temizleyin ve kurulayın. Deneyi tekrarlamadan önce üzerine kuruş yerleştirdiğiniz yüzeyi kurulayın. Birden çok damlalık kullanın veya kullanımlar arasında temizleyin.
   • Yüzey geriliminin değişip değişmediğini görmek için biraz bulaşık deterjanını suya karıştırıp tekrar damlatmayı deneyin.

4. 

   Her sıvı için kuruşu doldurmak için gereken damla sayısını karşılaştırın. Doğru bir sayım alıp almadığınızı görmek için deneyi aynı sıvıyla birkaç kez tekrarlamayı deneyin. Denemelerin ortalamasını, bunları bir araya getirerek ve gerçekleştirilen deneme sayısına bölerek ortalayın. Hangi maddelerin en çok damlayı gerektirdiğini ve hangisinin kuruşu doldurmak için en azının gerektiğini yazın.
   • Daha yüksek yüzey gerilimi olan maddeler, daha düşük yüzey gerilimi olan maddelere göre kuruşta daha fazla düşüşe sahip olacaktır.
   • Bulaşık sabunu, kuruşu doldurmak için daha az damla kullanarak suyun yüzey gerilimini düşürür.

Topluluk Soruları ve Cevapları

Su damlacıkları veya iğneler yerine bozuk para kullanabilir miyim?

Hayır. Peniler, su damlacıkları veya iğneler yerine çok yoğun ve ağır bir yüzeye sahiptir.

Ev yapımı, ampulsüz, 66 cm uzunluğunda bir pipetim var. Kapandığında sıvı kaçmaz. Bu etki için evrensel bir formül var mı? Yüzey gerilimi, yapışma, yerçekimi, hava basıncı?

Pipetin çıkışındaki sıvı dışarı akarsa, bu, sıvıyı geri emerek neredeyse bir vakum oluşturur. Sıvının yerini hiçbir gaz alamaz, bu nedenle mevcut tek gaz boşluğu doldurmaya çalışır. Bu, sıvıyı yerinde tutan emme gücünü (elektrikli süpürgenin prensibi gibi) yaratır.

Yöntem 2 işe yaramıyorsa ne yapmalıyım? Tüpü suya batırıyorum ama kabın içindeki sıvının bittiği yerde sıvı yok.

Küçük bir iç yarıçapı olan bir kılcal boru kullanın. Dahası, daha iyi okumalar ve dolayısıyla daha iyi sonuçlar için gezici bir mikroskop kullanın.

N / m ve N / g ne anlama geliyor?

Bunlar sırasıyla metre başına Newton ve gram başına Newton anlamına gelir.

Kılcal hareket çalışmıyor ve daha küçük bir pipet kullanmayı denedim. Herhangi bir tavsiye?

Daha küçük bir pipet daha kolay olacaktır. Deney aynı zamanda su yoğunluğu için 1kg değil, 1000kg / m3 olması gereken yanlış sayıyı kullanıyordu, bu nedenle verilen örnekte su 50cm değil sadece 0.5mm yükselecektir.

Kılcal hareket formülünde temas açısı unutulmuş mu?

Bu geçerli bir noktadır - temas açısının su yüzeyine 90 derece olması gerekir.

İhtiyaç Duyacağınız Şeyler

• Hasır, plastik cetvel veya diğer sert çubuk
• Dize
• Aliminyum folyo
• Kil veya diğer benzer malzemelerin modellenmesi
• Dayanak için uzun iğne veya çivi
• Suya daldırmak için ataç veya iğne
• Denge kirişini desteklemek için kitaplar veya eşit ağırlıktaki diğer malzemeler
• Hesap makinesi
• Küçük kap
• Su
• Damlalık, pipet veya pimler
• Posta terazisi veya diğer küçük tartı cihazı
• Sığ tabak