Исследовательская работа по физике на тему: «Зависимость коэффициента поверхностного натяжения мыльной плёнки от температуры».

«Выдумайте мыльный пузырь и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики»Л. Кельвин Тема мыльных пузырей раскрывает перед исследователем огромный спектр возможных работ и опытов с точки зрения физики. Изучение многих из свойств пузырей является наглядным пособием для описания таких явлений, как интерференция, поверхностное натяжение и многие другие. Именно поэтому мы решили начать работу над нашим проектом.Тема: «Зависимость коэффициента поверхностного натяжения мыльной пленки от температуры»
Задачи:Изучить литературу по теме исследования.Экспериментальным путем исследовать зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры.Экспериментально определить «время жизни» и размер мыльных пузырей в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения.Определить, может ли мыльный пузырь существовать при минусовой температуре.
Цель:Исследование физических свойств жидкости и выявление оптимальной комбинации её составляющих для мыльных пузырей.
Гипотеза:Предположим, что размеры и «время жизни» мыльного пузыря зависят от коэффициента поверхностного натяжения мыльных растворов. Поверхностное натяжение - это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости. Иначе говоря, на границу, где свободная поверхность жидкости граничит с твердым телом (со стенкой сосуда, например) или другой жидкостью, действует сила поверхностного натяжения. Причина её возникновения та же, что и при возникновении поверхностной "пленки" жидкости - притяжение внутренних молекул. С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». Мыльный пузырь — тонкая плёнка мыльной воды, которая формирует сферу с переливчатой поверхностью.А почему мыльный пузырь всегда имеет форму сферы? За счет поверхностного натяжения. Поверхность любой жидкости имеет некоторое поверхностное натяжение. Именно оно делает поведение поверхности жидкости похожим на поведение эластичной (например, резиновой) плёнки. Силы натяжения формируют сферу потому, что сфера имеет наименьшую площадь поверхности при данном объёме. Из-за того же натяжения мыльный пузырь всегда стремится минимизировать свою площадь поверхности. Таким образом, оптимальная форма отдельного мыльного пузыря — это сфера. Экспериментальная часть Опыт«Поверхностное натяжение мыльного пузыря»Цель: убедиться в его существовании. На каркас из проволки повязываем нить и опускаем в мыльный раствор. Осуществляем передвижение нити без повреждения мыльной пленки. Нить лежит на поверхности. Нить под действием поверхностного натяжения. Отсутствие пленки в малой части, тогда как в большой части каркаса она присутствует. Опыт доказывает существование поверхностного натяжения мыльного пузыря. Опыт«Существование мыльного пузыря на морозе» Для проведения данного опыта нам был необходима температура не выше -15*С.Зимой, при температуре -21*С ,мы, выйдя на улицу выдули мыльный пузырь. Приземлившись на снег, он медленно, начиная с низа, стал замерзать. При замерзании образовалась матовая сфера. «Мыльные пузыри горят?»Итак, нам были необходимы: Соль, медный купорос, растворы моющих средств (средство для мытья посуды, шампунь, хоз.мыло), приготовленные по специальной методике, банка, трубка от капельницы, спички, вода, фольга. Смешаем с водой медный купорос и соль. Перельем в пустую банку. Добавим фольгу. Происходит экзотермическая реакция(с выделением тепла). На стенках нашей банки наблюдаем капли воды. Происходит выделение водорода. Закроем банку крышкой с отводной трубкой, через которую водород будет удаляться из банки. Трубку опустим в раствор моющих средств. Водород через трубку будет надувать пузырь. Водород легче воздуха и поэтому пузырь поднимется вверх. Т.к. водород-горючий газ, то если мы поднесем спичку, произойдет небольшой взрыв. Изучив литературу и проделав опыты, мы убедились в том, что:Коэффициент поверхностного натяжения действительно зависит от состава раствора. Размер и «время жизни» мыльного пузыря определяет коэффициент его поверхностного натяжения, который, в свою очередь, напрямую связан с температурой мыльного раствора. Более вязкий раствор имеет меньший коэффициент поверхностного натяжения и мыльный пузырь, выдутый из этого раствора, имеет большее «время жизни» и больший диаметр.Мыльный пузырь способен выдерживать низкие температуры, при этом он замерзает. На его поверхности начинается процесс кристаллизации, превращающий его в ледяную сферу.
style.rotation Таким образом, мы подтвердили свою гипотезу о том, что размер и «время жизни» мыльного пузыря зависят от коэффициента поверхностного натяжения. Спасибо за внимание!