Mérési gyakorlatok folyadékok mechanikájából

7. Felületi feszültség mérése sztalagmométerrel

A mérés elmélete. A sztalagmométer kapilláris szűkülettel ellátott üvegcső, amelynél a lassan kifolyó folyadékcseppek számából határozzuk meg a felületi feszültséget, (g-t).

A lassan kifolyó folyadékcseppek nagysága függ a folyadék. sűrűségétől és a felületi feszültségtől. A csepp ugyanis a sztalagmométer alsó csiszolt felületéről mindaddig nem szakad le, amíg a felületi feszültségből adódó erő egyensúlyt tart a cseppre ható nehézségi erővel. n számú csepp esetén:

Alapképlet

G az n számú csepp súlya, N

V az n számú csepp térfogata, m3

n a cseppek száma

r a folyadék sűrűsége kg.m-3

g a nehézségi gyorsulás (9,80665 m/s2)

 

A módszert relatív módszerként alkalmazzuk. Ha a fenti egyenletet két különbözó felületi feszültségű folyadékra felírjuk, amelyek közül az egyik felületi feszültség ismert (gi), a másik pedig ismeretlen (gx), akkor a két egyenletból az ismeretlen felületi feszültség:

számítási képlet

nx és ni az ismeretlen, illetve az ismert felületi feszültségű folyadék azonos térfogataiból származó cseppek száma

r x az ismeretlen felületi feszültségű folyadék sűrűsége

r i az ismert felületi feszültségű folyadék sűrűsége.

A mérés menete

Vigyázzunk, hogy a készülék "tiszta" alsó csiszolt lapját se ujjunkkal, se más tárggyal ne érintsük. Először vízzel végezzük a mérést. A vizet addig szívjuk fel a sztalagmométerbe, hogy az a cső végét érintse. Arra is vigyázzunk, hogy légbuborék ne kerüljön a folyadékba. Ezután a csapot kinyitva számoljuk a két körjel közötti térfogat kifolyásánál keletkező cseppek számát.

Mivel a mérés megkezdésekor és befejezésekor általában a meniszkuszt nem tudjuk pontosan a körjelhez állítani, mindkét körjel fölött és alatt osztások vannak. Meg kell határozni először, hogy 1osztás 1csepp hányadrészének felel meg. Ezt úgy kapjuk meg, hogy amikor éppen 1csepp lecseppent, megnézzük, hogy a meniszkusz hányas osztáson volt, a következő csepp hányas osztáson halad át.Tegyük fel, hogy 8 beosztásnak felel meg 1 csepp, akkor

8 osztásnak 1csepp

1osztásnak 1/8 csepp felel meg.

Ezért, ha a felületi feszültség mérésekor a körkörös jel felett kezdtük el számolni a cseppeket, és a körkörös jel alatt volt a meniszkusz az utolsó csepp leesésekor, akkor annyi tört cseppet levonunk a leolvasott cseppek számából, ahány osztással a körkörös jel fölött, illetve az alsó szárban a körkörös jel alatt volt a meniszkusz.

Pl. fent a körkörös jel felett az eltérés 8 osztás, lent pedig a körkörös jel alatt 10 osztás, összesen 18 osztás, akkor, mivel példánkban egy osztás 1/8-ad csepp, ezért összesen 18/8=2,25cseppet kell a mért eredményből levonni.

Természetesen, ha a két körkörös jel közötti térfogatnál kevesebb térfogatú volt a kicsepegő folyadékmennyiség, akkor a leolvasott osztásnak megfelelő tört csepp értéket hozzá kell adni a kísérletileg meghatározott cseppek számához.

A víz után a mérést a vizsgálandó folyadékokkal is elvégezzük. A víz felületi feszültsége a hőmérséklettől (t) függ, és a következő összefüggéssel számítható ki:

hőfokfüggés, N/m

A víz sűrűsége 15-24 °C-ig (ez a táblázat a Mohr_Westphal mérleg leírásánál is megtalálható): 

t, °C r , kg/m3 t, °C r , kg/m3
15 999,1 20 998,2
16 998,9 21 998,0
17 998,8 22 997,8
18 998,6 23 997,5
19 998,4 24 997,3

 

Az ismeretlen folyadék sűrűségét areométerrel mérjük meg.

 

A méréshez szükséges eszközök

1 db sztalagmométer

1 db Bunsen-állvány

1 db fogó dióval

1 db hőmérő

1 db areométer

2 db főzőpohár

desztillált víz, vagy csapvíz

ismeretlen folyadék.

 

Mérési feladatok

Határozzuk meg egy ismeretlen folyadék felületi feszültségét legalább öt méréssel. Számítsuk ki mérési eredményeink középértékét és állapítsuk meg méréseink abszolút és relatív hibáját.

A felületi feszültség átlaga: átlag

abszolút hibája: abszolút hiba,

relatív hibája: relatív hiba (százalékban is kifejezhető).

Cseppkorrekciós táblázat (A táblázatból egyet a vízre, egyet az ismeretlen folyadékra kell készíteni).