Bagaimana mengukur tegangan permukaan

Video: Penetapan Tegangan Permukaan Cara Pipa Kapiler

Isi

Langkah
Metode 1 dari 3: Menggunakan rocker arm
Metode 2 dari 3: Dengan efek kapiler
Metode 3 dari 3: Cara Menentukan Tegangan Permukaan Relatif Menggunakan Koin
Apa yang kamu butuhkan

Tegangan permukaan menggambarkan kemampuan fluida untuk menahan gravitasi. Misalnya, air di atas meja membentuk tetesan ketika molekul air tertarik satu sama lain, yang melawan gravitasi. Karena tegangan permukaan, benda yang lebih berat, seperti serangga, dapat ditahan di permukaan air. Tegangan permukaan diukur dengan gaya (N) dibagi dengan satuan panjang (m), atau energi per satuan luas. Gaya dengan mana molekul air berinteraksi (gaya kohesif) menciptakan tegangan, menghasilkan tetesan air (atau cairan lainnya). Tegangan permukaan dapat diukur dengan beberapa barang sederhana yang ditemukan di hampir setiap rumah dan kalkulator.

Langkah

Metode 1 dari 3: Menggunakan rocker arm

1 Tuliskan persamaan tegangan permukaan. Dalam percobaan ini, persamaan untuk menentukan tegangan permukaan adalah sebagai berikut: F = 2Sd, di mana F - gaya dalam newton (N), S - tegangan permukaan dalam newton per meter (N / m), D adalah panjang jarum yang digunakan dalam percobaan. Mari kita nyatakan tegangan permukaan dari persamaan ini: S = F / 2d.
- Gaya akan dihitung pada akhir percobaan.
- Sebelum memulai percobaan, gunakan penggaris untuk mengukur panjang jarum dalam meter.
2 Bangun lengan goyang kecil. Percobaan ini menggunakan rocker arm dan jarum kecil yang mengapung di permukaan air untuk menentukan tegangan permukaan.Penting untuk mempertimbangkan dengan cermat konstruksi lengan ayun, karena keakuratan hasilnya tergantung padanya. Anda dapat menggunakan berbagai bahan, yang utama adalah membuat bilah horizontal dari sesuatu yang keras: kayu, plastik, atau karton tebal.
- Tentukan bagian tengah batang (misalnya, sedotan atau penggaris plastik) yang akan Anda gunakan sebagai palang, dan bor atau buat lubang di tempat ini; ini akan menjadi titik tumpu palang, di mana ia akan berputar bebas. Jika Anda menggunakan sedotan plastik, cukup tusuk dengan peniti atau paku.
- Bor atau buat lubang di ujung palang sehingga jaraknya sama dari tengah. Lewatkan benang melalui lubang untuk menggantung cangkir berat dan jarum.
- Jika perlu, dukung balok dengan buku atau benda lain yang cukup keras agar balok tetap horizontal. Palang harus berputar bebas di sekitar paku atau batang yang tersangkut di tengahnya.
3 Ambil selembar aluminium foil dan gulung menjadi bentuk kotak atau piring. Sama sekali tidak perlu piring ini memiliki bentuk persegi atau bulat biasa. Anda akan mengisinya dengan air atau berat lainnya, jadi pastikan itu dapat menopang beratnya.
- Gantung kotak atau piring kertas timah dari salah satu ujung batang. Buat lubang kecil di sepanjang tepi cawan dan masukkan melaluinya sehingga cawan menggantung dari palang.
4 Gantung jarum atau penjepit kertas dari ujung batang yang lain sehingga horizontal. Ikat jarum atau penjepit kertas secara horizontal ke benang yang menggantung dari ujung batang yang lain. Agar percobaan berhasil, perlu untuk menempatkan jarum atau klip kertas tepat secara horizontal.
5 Tempatkan sesuatu di batang, seperti plastisin, untuk menyeimbangkan wadah aluminium foil. Sebelum memulai percobaan, perlu untuk memastikan bahwa palang terletak secara horizontal. Piring foil lebih berat dari jarum, sehingga bilah di sisi cawan akan jatuh. Tempelkan plastisin secukupnya ke sisi berlawanan dari batang sehingga horizontal.
- Ini disebut penyeimbang.
6 Tempatkan jarum atau penjepit kertas yang menjuntai ke dalam wadah berisi air. Langkah ini akan membutuhkan upaya tambahan untuk menempatkan jarum di permukaan air. Pastikan jarum tidak tenggelam ke dalam air. Isi wadah dengan air (atau cairan lain yang tegangan permukaannya tidak diketahui) dan letakkan di bawah jarum gantung sehingga jarum tepat berada di permukaan cairan.
- Pastikan tali yang menahan jarum tetap di tempatnya dan cukup kencang.
7 Timbang beberapa pin atau sejumlah kecil tetes air terukur dalam skala kecil. Anda akan menambahkan satu pin atau satu tetes air ke piring aluminium di kursi goyang. Dalam hal ini, perlu diketahui berat yang tepat di mana jarum akan keluar dari permukaan air.
- Hitung jumlah pin atau tetesan air dan timbang.
- Tentukan berat satu pin atau setetes air. Untuk melakukan ini, bagi berat total dengan jumlah pin atau tetes.
- Misalkan 30 pin beratnya 15 gram, maka 15/30 = 0,5, yaitu satu pin beratnya 0,5 gram.
8 Tambahkan pin atau tetesan air satu per satu ke dalam piring aluminium foil sampai jarum keluar dari permukaan air. Tambahkan satu pin atau setetes air secara bertahap. Perhatikan jarum dengan hati-hati agar tidak melewatkan momen ketika, setelah kenaikan berat berikutnya, itu akan keluar dari air. Setelah jarum terlepas dari permukaan cairan, berhenti menambahkan pin atau tetesan air.
- Hitung jumlah pin atau tetesan air yang menyebabkan jarum di ujung palang yang berlawanan keluar dari permukaan air.
- Tuliskan hasilnya.
- Ulangi percobaan beberapa (5 atau 6) kali untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
- Hitung rata-rata dari hasil yang diperoleh. Untuk melakukan ini, tambahkan jumlah pin atau tetes di semua percobaan dan bagi total dengan jumlah percobaan.
9 Ubah jumlah pin menjadi kekuatan. Untuk melakukan ini, kalikan jumlah gram dengan 0,00981 N / g. Untuk menghitung tegangan permukaan, Anda perlu mengetahui gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat jarum dari permukaan air. Karena Anda menghitung berat pin pada langkah sebelumnya untuk menentukan gaya, Anda hanya perlu mengalikan berat itu dengan 0,00981 N / g.
- Kalikan jumlah pin di cawan dengan berat satu pin. Misalnya, jika Anda memasukkan 5 pin masing-masing seberat 0,5 gram, berat totalnya adalah 0,5 gram / pin = 5 x 0,5 = 2,5 gram.
- Kalikan jumlah gram dengan faktor 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Masukkan nilai-nilai ini ke dalam persamaan dan temukan nilai yang Anda cari. Hasil yang diperoleh selama percobaan dapat digunakan untuk menentukan tegangan permukaan. Cukup masukkan nilai yang Anda temukan dan hitung hasilnya.
- Katakanlah pada contoh di atas, panjang jarum adalah 0,025 meter. Substitusikan nilai-nilai tersebut ke dalam persamaan dan kita dapatkan: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Jadi, tegangan permukaan zat cair adalah 0,05 N/m.

Metode 2 dari 3: Dengan efek kapiler

1 Pelajari tentang efek kapiler. Untuk memahami fenomena kapiler, pertama-tama kita harus terbiasa dengan kekuatan adhesi dan kohesi. Adhesi menyebabkan cairan menempel pada permukaan yang keras seperti kaca. Karena gaya kohesi, molekul cairan tertarik satu sama lain.Gerakan gabungan gaya adhesi dan kohesi menyebabkan cairan naik dalam tabung tipis.
- Dari ketinggian naiknya zat cair di dalam tabung, tegangan permukaan zat cair ini dapat dihitung.
- Gaya kohesif menyebabkan pembentukan gelembung dan tetesan di permukaan. Ketika cairan bersentuhan dengan udara, molekul-molekul cairan tertarik satu sama lain, menghasilkan pembentukan gelembung.
- Adhesi mengarah pada pembentukan meniskus, yang terlihat pada titik kontak cairan dengan dinding kaca. Bentuk cekung meniskus terlihat dengan mata telanjang.
- Contoh efek kapiler adalah naiknya cairan dalam sedotan yang ditempatkan dalam segelas air.
2 Tuliskan persamaan untuk menentukan tegangan permukaan. Tegangan permukaan dihitung sebagai berikut: S = (hga / 2), di mana S - tegangan permukaan, ρ - kepadatan cairan yang diselidiki, H - ketinggian kenaikan cairan dalam tabung, G - percepatan gravitasi karena gravitasi yang bekerja pada cairan (9,8 m / s), Sebuah adalah jari-jari pipa kapiler.
- Saat memasukkan data ke dalam persamaan ini, pastikan bahwa data tersebut dinyatakan dalam satuan metrik: massa jenis dalam kg / m, tinggi dan jari-jari dalam meter, percepatan gravitasi dalam m / s.
- Jika massa jenis cairan tidak diberikan terlebih dahulu, dapat ditemukan di buku pegangan atau dihitung dengan menggunakan rumus massa jenis = massa / volume.
- Tegangan permukaan diukur dalam newton per meter (N/m). Newton sama dengan 1 kg * m / s. Untuk menentukan satuan pengukuran secara mandiri, cukup substitusikan saja ke dalam persamaan, tanpa nilai numerik: S = kg / m * m * m / s * m.Jika kita mengurangi dua meter dalam pembilang dan penyebut, kita mendapatkan 1 kg * m / s / m, yaitu 1 N / m.
3 Tuang cairan yang tegangan permukaannya tidak diketahui ke dalam wadah. Ambil piring atau mangkuk dangkal dan tuangkan cairan ke dalamnya sehingga menutupi bagian bawah dengan 2 hingga 3 sentimeter. Jumlah cairan tidak masalah, yang utama adalah terlihat jelas berapa banyak yang akan naik di tabung kapiler.
- Jika Anda akan bereksperimen dengan cairan yang berbeda, bersihkan dan keringkan piring secara menyeluruh sebelum menuangkan cairan yang berbeda ke dalamnya, atau gunakan wadah yang berbeda setiap kali.
4 Celupkan tabung tipis yang bersih ke dalam cairan. Dari ketinggian kenaikan fluida dalam tabung ini, Anda akan menentukan tegangan permukaan.Jaga agar tabung tetap bersih sehingga Anda dapat melihat dengan jelas seberapa tinggi cairan akan naik di atas levelnya di piring. Selain itu, tabung harus memiliki jari-jari yang konstan.
- Untuk mengukur jari-jari, cukup letakkan penggaris di bagian atas tabung dan tentukan diameternya. Kemudian bagi diameternya dengan 2 dan Anda akan menemukan jari-jarinya.
5 Ukur ketinggian cairan telah naik di atas levelnya di piring. Pindahkan ujung penggaris ke permukaan cairan dalam baki dan tentukan seberapa tinggi cairan telah naik di dalam tabung. Air dalam tabung naik karena gaya angkat tegangan permukaan melebihi gaya tarik gravitasi.
6 Masukkan nilai-nilai ini ke dalam persamaan dan lakukan perhitungan. Setelah Anda menentukan semua nilai yang diperlukan, masukkan ke dalam persamaan dan cari tegangan permukaan. Pastikan untuk mengonversi semua nilai ke satuan metrik untuk mendapatkan hasil yang benar.
- Misalkan kita sedang mengukur tegangan permukaan air. Massa jenis air adalah sekitar 1 kg / m3 (dalam contoh ini kami menggunakan nilai perkiraan). Percepatan gravitasi adalah 9,8 m/s. Biarkan jari-jari tabung menjadi 0,029 m, dan air telah naik ke ketinggian 0,5 m. Berapa tegangan permukaan air?
- Masukkan nilai yang diperoleh ke dalam persamaan dan dapatkan: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Metode 3 dari 3: Cara Menentukan Tegangan Permukaan Relatif Menggunakan Koin

1 Kumpulkan semua yang Anda butuhkan. Untuk percobaan ini, Anda memerlukan pipet, koin kering, air, mangkuk kecil, cairan pencuci piring, minyak sayur, dan handuk. Semua ini dapat ditemukan di rumah atau dibeli di toko lokal Anda. Anda dapat melakukannya tanpa sabun cuci piring dan minyak sayur, tetapi Anda memerlukan beberapa cairan berbeda untuk perbandingan.
- Pastikan koin bersih dan kering sebelum memulai eksperimen. Jika Anda menggunakan koin basah, Anda akan mendapatkan hasil yang tidak akurat.
- Eksperimen ini tidak memungkinkan penghitungan tegangan permukaan; ini hanya dapat digunakan untuk membandingkan tegangan permukaan cairan yang berbeda.
2 Teteskan satu tetes cairan pada satu waktu ke permukaan koin. Letakkan koin di atas handuk atau permukaan lain yang aman untuk basah. Ambil cairan pertama ke dalam pipet, lalu perlahan-lahan oleskan satu tetes ke koin. Saat melakukan ini, hitung tetesannya. Lanjutkan sampai cairan tumpah di luar koin.
- Catat berapa tetes yang diperlukan agar cairan tumpah di luar koin.
3 Ulangi prosedur ini dengan cairan yang berbeda. Bersihkan dan keringkan koin setiap kali Anda mengganti cairan. Keringkan juga permukaan tempat Anda meletakkan koin. Gunakan pipet yang berbeda atau bersihkan pipet sebelum percobaan baru.
- Coba tambahkan sedikit sabun cuci piring ke dalam air, lalu teteskan air ke koin dan lihat apakah tegangan permukaannya berubah.
4 Bandingkan jumlah tetes yang dibutuhkan untuk cairan yang berbeda untuk mengisi koin. Coba ulangi percobaan dengan cairan yang sama beberapa kali untuk melihat apakah hasilnya akurat. Rata-ratakan hasilnya: Tambahkan jumlah tetesan dalam eksperimen yang berbeda dan bagi totalnya dengan jumlah eksperimen. Tuliskan berapa tetes yang dibutuhkan cairan yang berbeda untuk mengisi koin.
- Semakin banyak tetes cairan yang diperlukan untuk mengisi koin, semakin tinggi tegangan permukaan cairan ini.
- Deterjen pencuci piring menurunkan tegangan permukaan air; menambahkannya akan membutuhkan lebih sedikit tetes untuk mengisi koin.