Učenici:Luka Luketin (8 razr.)Zvonimir Boban (7 razr.)

Mentor:Jadranka Vujčić

OŠ “Dobri“Kliška 25

21000 Split

1. UvodZašto neki insekti uspijevaju klizati na vodi umjesto da potonu?Zašto šivaća igla ili lagani metalni novčić ostanu na površini vode?Zašto možemo praviti mjehure sa sapunicom, a ne s vodom iz slavine?Zašto se voda penje u tankoj cijevi?

2

Površina tvari ima posebna svojstva. Ta svojstva dopuštaju ove neobične fenomene koje smo spomenuli.

Ne samo to, površina je također mjesto dodira različitih tvari.

Svojstva površine su tako posebna i važna da postoji i grana znanosti, FIZIKA POVRŠINA, posvećena proučavanju fenomena površine.

3

2. TeorijaSlobodna se površina vode a isto tako i mnogih drugih

tekućina, ponaša kao da se na njoj nalazi napeta elastična opna, koja sprečava da teška tijela potonu.

Na molekulu u tekućini djeluju privlačne sile susjednih molekula. One djeluju sa svih strana pa je rezultantna sila na dotičnu molekulu jednaka nuli.

Na molekulu na površini tekućine djeluju samo privlačne sile molekula u tekućini.

4

5

Objašnjenje te pojave daje ova shema privlačnih sila među molekulama:

Sila na molekulu na površini tekućine:1. Komponente paralelne s površinom tekućine se poništavaju2. Komponente okomite na površinu tekućine imaju rezultantu prema

unutrašnjosti tekućine

DEFINICIJA:Napetost površine odnosno koeficijent površinske napetosti γ definiramo kao silu F koja djeluje okomito na rub tekućine duljine l, tangencijalno površini tekućine.

6

lF

=γ

Kapilarnost

7

Rast ili spuštanje razine tekućine u tankoj cijevi zove se kapilarnost.

Tanke cijevi s unutrašnjim promjerom manjim od 4 mm, zovemo kapilarnim cijevima.

Uronimo li tanku cijev u vodu tekućina će se podići. Tu pojavu zovemo kapilarna elevacija.

Uronimo li je u živu, tekućina će se spustiti pa kažemo da se radi o kapilarnoj depresiji.

Kapilarna elevacijaNapetost površine određuje se promatranjem podizanja tekućine u kapilari.

Razina tekućine u kapilari razlikovat će se od razine izvan kapilare.

Visina stupca tekućine ovisi o: • napetosti površine tekućine • graničnom kutu između tekućine i stjenke• radijusu kapilarne cjevčice • gustoći tekućine• ubrzanju sile teže

8

9

lF ⋅= γ

Površinska napetost drži težinu stupca tekućine u kapilariSila koja drži težinu stupca dana je izrazom:

Izjednačavanje težine tekućine u kapilari i sile nastale zbog površinske napetosti:

10

ghrrgVr

gmlGF

⋅⋅⋅=⋅

⋅⋅=⋅⋅=⋅

=

πρπγ

ρπγγ

222

Formula površinske napetosti:

Ne smijemo potpuno zanemariti kut između tekućine i kapilare. Točnija formula glasi:

11

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅⋅⋅⋅=

hrhgr

31

21 ργ

hgr ⋅⋅⋅= ργ21

3. PokusCilj

o ovisnost visine tekućine u kapilari o polumjeru kapilare

o odrediti površinske napetosti danih tekućina

o usporediti njihove površinske napetosti

12

Zadatako Pokusom provjeriti kako visina tekućine u kapilari ovisi o

polumjeru kapilarne cjevčice. Isti pokus ponoviti za 3 različite tekućine (voda, ulje, alkohol).

o Iz dobivenih rezultata i koristeći formulu iz teorijskog dijela izračunati površinske napetosti danih tekućina.

o Na kraju napraviti usporedbu površinskih napetosti vode, ulja i alkohola.

13

Pribor:

kapilarne cijevi (5)menzura (3)staklena posuda (3)laboratorijski stalak (1)milimetarska skala (1)

14

PostupakStaklenu posudu napunimo otprilike do polovice tekućinom čiju kapilarnost ispitujemo Dobro očišćenu kapilarnu cijev uronimo u menzuru u kojoj se nalazi tekućina Gornji kraj kapilare začepim prstom te izvadim iz menzure Uronim kapilarnu cijev u tekućinu u staklenoj posudi koju učvrstim za stalak te prst otpustimVisinu stupca tekućine mjerimo pomoću milimetarske skale ugrađene na stalkuIzračunati površinske napetosti iz dobivenih visina (izračunati srednju vrijednost i odstupanje za svaku tekućinu s obzirom na 5 kapilarnih cjevčica)

15

Mjerenja i račun

16

Mjerni uređaj za metodu kapilarne elevacije

Destilirana voda, alkohol, ulje

r = 1.1 mm r = 1.2 mm r = 1.4 mm r = 1.6 mm r = 1.7 mm

Voda 12 mm 11 mm 9 mm 8 mm 7.5 mm

Alkohol 5.5 mm 4.5 mm 4 mm 3.5 mm 3 mm

Ulje 6.5 mm 5.5 mm 4.5 mm 4 mm 4 mm

17

Tablica mjerenih podataka za visinu stupca tekućine i polumjera kapilare

Ovisnost visine stupca tekućine o polumjeru kapilare (h-r graf)

0123456789

10111213

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8

r (mm)

h (m

m) Voda

AlkoholUlje

18

19

Gustoće tekućina:

3

3

3

mkg918

mkg760

mkg998

=

=

=

ULJE

ALKOHOL

VODA

ρ

ρ

ρ

Tablica izračunatih podataka za koeficijent površinske napetosti

r = 1.1 mm r = 1.2 mm r = 1.4 mm r = 1.6 mm r = 1.7 mm

Voda 0.066 N/m 0.067 N/m 0.065 N/m 0.066 N/m 0.067 N/m

Alkohol 0.024 N/m 0.022 N/m 0.023 N/m 0.024 N/m 0.023 N/m

Ulje 0.034 N/m 0.031 N/m 0.031 N/m 0.032 N/m 0.035 N/m

20

Ovisnost površinske napetosti o polumjeru kapilare(γ-r graf)

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8

r (mm)

y (N

/m) Voda

AlkoholUlje

21

Tablica podataka dobivenih izračunavanjem srednjih vrijednosti i odstupanja

22

TEKUĆINA: POVRŠINSKA NAPETOST:

VODA (0.0662 ± 0.0012) N/m

ALKOHOL (0.0232 ± 0.0012) N/m

ULJE (0.0326 ± 0.0024) N/m

Analiza

1. Povećavajući polumjer kapilare visina stupca u kapilari sesmanjuje

2. Površinska napetost vode je najveća dok je kod alkohola najmanja

23

4. Zaključak

Rezultati pokazuju da glavni faktor koji određuje površinsku napetost su međumolekulske sile unutar tekućine

Površinska napetost je vrlo važna prirodna pojava i njezino proučavanje je važno, a ujedno i zanimljivo.

Pokazali smo da se i uz pomoć jednostavnih pomagala i pokusa može puno toga zaključiti o jednoj složenoj pojavi.

24

Literatura:1. Nikola Cindro: Fizika I

Mehanika – Valovi – ToplinaŠK – Zagreb, 1975.

2. Rudolf Krsnik: Fizika za I. razred gimnazijeŠK – Zagreb, 1994.

3. http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/surten.htmlSurface Tension

25