Comment mesurer la tension superficielle

Vidéo: MK Flu 2 - 2.C - Mesure de la tension superficielle

Contenu

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Méthode 1 sur 3: Utilisation d'un culbuteur
Méthode 2 sur 3: Par effet capillaire
Méthode 3 sur 3: Comment déterminer la tension superficielle relative à l'aide d'une pièce de monnaie
De quoi avez-vous besoin

La tension superficielle décrit la capacité d'un fluide à résister à la gravité. Par exemple, l'eau sur une table forme des gouttelettes lorsque les molécules d'eau sont attirées les unes vers les autres, ce qui contrecarre la gravité. C'est en raison de la tension superficielle que des objets plus lourds, tels que des insectes, peuvent être retenus à la surface de l'eau. La tension superficielle est mesurée en force (N) divisée par unité de longueur (m), ou énergie par unité de surface. La force avec laquelle les molécules d'eau interagissent (force de cohésion) crée une tension, ce qui entraîne des gouttelettes d'eau (ou d'autres liquides). La tension superficielle peut être mesurée avec quelques éléments simples trouvés dans presque toutes les maisons et une calculatrice.

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Méthode 1 sur 3: Utilisation d'un culbuteur

1 Écrivez l'équation de la tension superficielle. Dans cette expérience, l'équation pour déterminer la tension superficielle est la suivante : F = 2Sd, où F - force en newtons (N), S - tension superficielle en newtons par mètre (N/m), ré est la longueur de l'aiguille utilisée dans l'expérience. Exprimons la tension superficielle à partir de cette équation : S = F / 2d.
- La force sera calculée à la fin de l'expérience.
- Avant de commencer l'expérience, utilisez une règle pour mesurer la longueur de l'aiguille en mètres.
2 Construisez un petit culbuteur. Cette expérience utilise un culbuteur et une petite aiguille qui flotte à la surface de l'eau pour déterminer la tension superficielle.Il est nécessaire d'examiner attentivement la construction du culbuteur, car la précision du résultat en dépend. Vous pouvez utiliser divers matériaux, l'essentiel est de fabriquer une barre horizontale à partir de quelque chose de dur: bois, plastique ou carton épais.
- Déterminez le centre de la tige (par exemple, une paille ou une règle en plastique) que vous allez utiliser comme barre transversale, et percez ou percez un trou à cet endroit ; ce sera le point d'appui de la barre transversale, au niveau duquel elle tournera librement. Si vous utilisez une paille en plastique, percez-la simplement avec une épingle ou un clou.
- Percez ou percez des trous dans les extrémités de la traverse de manière à ce qu'elles soient également espacées du centre. Passez les fils dans les trous pour accrocher le godet de poids et l'aiguille.
- Si nécessaire, soutenez la poutre avec des livres ou d'autres objets suffisamment durs pour maintenir la poutre horizontale. Il faut que la traverse tourne librement autour d'un clou ou d'une tige coincée en son milieu.
3 Prenez un morceau de papier d'aluminium et roulez-le en forme de boîte ou de soucoupe. Il n'est pas du tout nécessaire que cette soucoupe ait une forme régulière carrée ou ronde. Vous le remplirez d'eau ou d'un autre poids, alors assurez-vous qu'il peut supporter le poids.
- Accrochez une boîte en papier d'aluminium ou une soucoupe à une extrémité de la barre. Faites de petits trous le long des bords de la soucoupe et enfilez-les de manière à ce que la soucoupe soit suspendue à la barre.
4 Accrochez une aiguille ou un trombone à l'autre extrémité de la barre afin qu'elle soit horizontale. Attachez une aiguille ou un trombone horizontalement au fil qui pend de l'autre extrémité de la barre. Pour que l'expérience soit réussie, il est nécessaire de positionner l'aiguille ou le trombone exactement horizontalement.
5 Placez quelque chose sur la barre, comme de la pâte à modeler, pour équilibrer le récipient en papier d'aluminium. Avant de commencer l'expérience, il est nécessaire de s'assurer que la barre transversale est située horizontalement. La soucoupe en aluminium est plus lourde que l'aiguille, donc la barre sur le côté de la soucoupe va tomber. Fixez suffisamment de pâte à modeler sur le côté opposé de la barre pour qu'elle soit horizontale.
- C'est ce qu'on appelle l'équilibrage.
6 Placez l'aiguille ou le trombone pendant dans un récipient d'eau. Cette étape nécessitera un effort supplémentaire pour positionner l'aiguille à la surface de l'eau. Assurez-vous que l'aiguille ne s'enfonce pas dans l'eau. Remplissez un récipient avec de l'eau (ou un autre liquide de tension superficielle inconnue) et placez-le sous l'aiguille suspendue de sorte que l'aiguille soit directement à la surface du liquide.
- Assurez-vous que la corde qui maintient l'aiguille reste en place et est suffisamment tendue.
7 Pesez quelques épingles ou une petite quantité de gouttes d'eau mesurées à petite échelle. Vous ajouterez une épingle ou une goutte d'eau à la soucoupe en aluminium sur la bascule. Dans ce cas, il est nécessaire de connaître le poids exact auquel l'aiguille se détachera de la surface de l'eau.
- Comptez le nombre d'épingles ou de gouttelettes d'eau et pesez-les.
- Déterminez le poids d'une épingle ou d'une goutte d'eau. Pour ce faire, divisez le poids total par le nombre de broches ou de gouttes.
- Supposons que 30 épingles pèsent 15 grammes, alors 15/30 = 0,5, c'est-à-dire qu'une épingle pèse 0,5 gramme.
8 Ajouter des épingles ou des gouttelettes d'eau une à la fois dans une soucoupe en papier d'aluminium jusqu'à ce que l'aiguille se détache de la surface de l'eau. Ajouter une épingle ou une goutte d'eau progressivement. Surveillez attentivement l'aiguille pour ne pas manquer le moment où, après la prochaine augmentation de poids, elle sortira de l'eau. Une fois que l'aiguille se détache de la surface du liquide, arrêtez d'ajouter des épingles ou des gouttelettes d'eau.
- Comptez le nombre d'épingles ou de gouttelettes d'eau qui ont fait sortir l'aiguille à l'extrémité opposée de la barre de la surface de l'eau.
- Écrivez le résultat.
- Répétez l'expérience plusieurs (5 ou 6) fois pour obtenir des résultats plus précis.
- Calculer la moyenne des résultats obtenus. Pour ce faire, ajoutez le nombre de broches ou de gouttes dans toutes les expériences et divisez le total par le nombre d'expériences.
9 Convertissez le nombre de broches en force. Pour ce faire, multipliez le nombre de grammes par 0,00981 N/g. Pour calculer la tension superficielle, vous devez connaître la force nécessaire pour soulever l'aiguille de la surface de l'eau. Puisque vous avez compté le poids des broches à l'étape précédente pour déterminer la force, il vous suffit de multiplier ce poids par 0,00981 N/g.
- Multipliez le nombre de broches dans la soucoupe par le poids d'une broche. Par exemple, si vous mettez 5 épingles pesant chacune 0,5 gramme, leur poids total est de 0,5 gramme / épingle = 5 x 0,5 = 2,5 grammes.
- Multipliez le nombre de grammes par un facteur de 0,00981 N/g : 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Branchez ces valeurs dans l'équation et trouvez la valeur que vous recherchez. Les résultats obtenus au cours de l'expérience peuvent être utilisés pour déterminer la tension superficielle. Il suffit de brancher les valeurs que vous trouvez et de calculer le résultat.
- Disons que dans l'exemple ci-dessus, la longueur de l'aiguille est de 0,025 mètre. En substituant les valeurs dans l'équation et on obtient : S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Ainsi, la tension superficielle du liquide est de 0,05 N/m.

Méthode 2 sur 3: Par effet capillaire

1 En savoir plus sur l'effet capillaire. Pour comprendre les phénomènes capillaires, il faut d'abord se familiariser avec les forces d'adhésion et de cohésion. L'adhérence fait que le liquide adhère à une surface dure telle que le verre. Du fait de la force de cohésion, les molécules du liquide sont attirées les unes vers les autres.L'action combinée des forces d'adhésion et de cohésion fait monter le liquide en tubes minces.
- A partir de la hauteur de montée du liquide dans le tube, la tension superficielle de ce liquide peut être calculée.
- Les forces de cohésion conduisent à la formation de bulles et de gouttelettes à la surface. Lorsqu'un liquide entre en contact avec l'air, les molécules du liquide sont attirées les unes vers les autres, ce qui entraîne la formation d'une bulle.
- L'adhérence conduit à la formation d'un ménisque, qui est perceptible aux points de contact du liquide avec les parois du verre. La forme concave du ménisque est visible à l'œil nu.
- Un exemple d'effet capillaire est la remontée d'un liquide dans une paille qui est placée dans un verre d'eau.
2 Écrivez l'équation pour déterminer la tension superficielle. La tension superficielle est calculée comme suit : S = (ρhga / 2), où S - tension superficielle, ρ - densité du liquide étudié, h - la hauteur de montée du liquide dans le tube, g - accélération de la pesanteur due à la pesanteur agissant sur le liquide (9,8 m/s), une est le rayon du tube capillaire.
- Lorsque vous substituez des données dans cette équation, assurez-vous qu'elles sont exprimées en unités métriques : densité en kg/m, hauteur et rayon en mètres, accélération due à la pesanteur en m/s.
- Si la densité du liquide n'est pas donnée à l'avance, elle peut être trouvée dans le manuel ou calculée à l'aide de la formule densité = masse / volume.
- La tension superficielle est mesurée en newtons par mètre (N/m). Newton est égal à 1 kg * m / s. Pour déterminer indépendamment les unités de mesure, il suffit de les substituer uniquement dans l'équation, sans valeurs numériques : S = kg / m * m * m / s * m. Si nous réduisons de deux mètres le numérateur et le dénominateur, nous obtenons 1 kg * m / s / m, c'est-à-dire 1 N / m.
3 Verser un liquide de tension superficielle inconnue dans le récipient. Prenez une assiette ou un bol peu profond et versez-y le liquide de manière à ce qu'il recouvre le fond de 2 à 3 centimètres. La quantité de liquide n'a pas d'importance, l'essentiel est qu'il soit clairement visible de combien il va monter dans le tube capillaire.
- Si vous allez expérimenter avec différents liquides, nettoyez et séchez soigneusement la plaque avant d'y verser un liquide différent, ou utilisez un récipient différent à chaque fois.
4 Trempez un tube fin et propre dans le liquide. A partir de la hauteur de montée du fluide dans ce tube, vous déterminerez la tension superficielle.Gardez le tube dégagé afin que vous puissiez clairement voir à quelle hauteur le liquide s'élèvera au-dessus de son niveau dans le plat. De plus, le tube doit avoir un rayon constant.
- Pour mesurer le rayon, placez simplement une règle contre le haut du tube et déterminez le diamètre. Divisez ensuite le diamètre par 2 et vous trouverez le rayon.
5 Mesurez la hauteur à laquelle le liquide s'est élevé au-dessus de son niveau dans la plaque. Déplacez le bord de la règle vers la surface du liquide dans le plateau et déterminez à quelle hauteur le liquide est monté dans le tube. L'eau dans le tube monte parce que la force de levage de la tension superficielle dépasse la force de traction de la gravité.
6 Branchez ces valeurs dans l'équation et faites les calculs. Après avoir déterminé toutes les valeurs requises, branchez-les dans l'équation et trouvez la tension superficielle. Assurez-vous de convertir toutes les valeurs en unités métriques pour obtenir le résultat correct.
- Supposons que nous mesurions la tension superficielle de l'eau. La densité de l'eau est d'environ 1 kg/m3 (dans cet exemple, nous utilisons des valeurs approximatives). L'accélération due à la pesanteur est de 9,8 m/s. Soit le rayon du tube de 0,029 m et l'eau a atteint une hauteur de 0,5 m. Quelle est la tension superficielle de l'eau ?
- Substituez les valeurs obtenues dans l'équation et obtenez : S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Méthode 3 sur 3: Comment déterminer la tension superficielle relative à l'aide d'une pièce de monnaie

1 Rassemblez tout ce dont vous avez besoin. Pour cette expérience, vous aurez besoin d'une pipette, d'une pièce sèche, d'eau, d'un petit bol, de liquide vaisselle, d'huile végétale et d'une serviette. Tous ces éléments peuvent être trouvés à la maison ou achetés dans votre magasin local. Vous pouvez vous passer de savon à vaisselle et d'huile végétale, mais vous aurez besoin de quelques liquides différents pour comparer.
- Assurez-vous que la pièce est propre et sèche avant de commencer l'expérience. Si vous utilisez une pièce humide, vous obtiendrez des résultats inexacts.
- Cette expérience ne permet pas de calculer la tension superficielle, elle ne peut être utilisée que pour comparer la tension superficielle de différents liquides.
2 Déposez une goutte de liquide à la fois sur la surface de la pièce. Placez la pièce sur une serviette ou une autre surface pouvant être mouillée en toute sécurité. Prenez le premier liquide dans la pipette, puis appliquez lentement une goutte sur la pièce. En faisant cela, comptez les gouttes. Continuez jusqu'à ce que du liquide se répande à l'extérieur de la pièce.
- Notez le nombre de gouttes qu'il a fallu pour que le liquide se répande à l'extérieur de la pièce.
3 Répétez cette procédure avec différents fluides. Nettoyez et séchez la pièce à chaque changement de liquide. Séchez également la surface sur laquelle vous placez la pièce. Utilisez différentes pipettes ou nettoyez la pipette avant une nouvelle expérience.
- Essayez d'ajouter du savon à vaisselle à l'eau, puis versez de l'eau sur une pièce et voyez si la tension de surface change.
4 Comparez le nombre de gouttes nécessaires pour différents liquides pour remplir une pièce. Essayez de répéter l'expérience avec le même liquide plusieurs fois pour voir si les résultats sont exacts. Faites la moyenne des résultats : additionnez le nombre de gouttes dans différentes expériences et divisez le total par le nombre d'expériences. Notez le nombre de gouttes qu'il a fallu aux différents liquides pour remplir la pièce.
- Plus il faut de gouttes d'un liquide donné pour remplir une pièce, plus la tension superficielle de ce liquide est élevée.
- Le détergent à vaisselle abaisse la tension superficielle de l'eau; en ajoutant qu'il faudra moins de gouttes pour remplir la pièce.