3 spôsoby merania povrchového napätia

Povrchové napätie sa vzťahuje na schopnosť kvapaliny odolávať gravitačnej sile. Napríklad voda vytvára na stole kvapky, pretože molekuly vody na povrchu sa zoskupujú proti gravitačnej sile.[1]
Dôveryhodný zdroj
Vedeckí kamaráti
Databáza vedeckých projektov, vysvetlení a vzdelávacích materiálov z dielne odborníkov
Prejsť na zdroj
Povrchové napätie je to, čo umožňuje hustejšiemu predmetu, napríklad hmyzu, aby mohol plávať na hladine vody. Povrchové napätie sa meria veľkosťou sily (N) pôsobiacej na jednotku, ako je dĺžka (m) alebo množstvo energie meranej plochy. Meria sa ako Newton na meter (alebo N/meter).[2]
Dôveryhodný zdroj
Vedeckí kamaráti
Databáza vedeckých projektov, vysvetlení a vzdelávacích materiálov z dielne odborníkov
Prejsť na zdroj
Sily, ktoré na seba navzájom pôsobia molekuly vody, alebo kohézne sily, spôsobujú napätie a sú zodpovedné za tvar kvapiek vody (alebo inej kvapaliny). Povrchové napätie môžete merať pomocou niekoľkých domácich predmetov a kalkulačky.

Metóda 1 z 3:Meranie povrchového napätia pomocou váhy


Definujte rovnicu na riešenie povrchového napätia. V tomto experimente bude rovnica pre povrchové napätie určená rovnicou F = 2sd. F je sila v newtonoch (N), s je povrchové napätie v (N/m) a d je dĺžka ihly použitej pri experimente. Preusporiadaním rovnice na riešenie povrchového napätia dostaneme s = F/2d.

  • Sila sa vypočíta na konci experimentu.
  • Pred začatím experimentu odmerajte dĺžku ihly v metroch pomocou pravítka.


Zostrojte malú kladinu.[3]
Dôveryhodný zdroj
Vedeckí kamaráti
Databáza vedeckých projektov, vysvetlení a vzdelávacích materiálov z dielne odborníkov
Prejsť na zdroj
V tomto experimente použijete na meranie povrchového napätia váhu a malú ihlu plávajúcu na povrchu vody. Váhy musia byť dobre skonštruované, aby ste mohli získať presný výsledok. Môžete na to použiť rôzne druhy materiálov, len sa uistite, že stredový nosník je niečo pevné, napríklad drevo, plast alebo hustý kartón.

  • Označte si stred materiálu, ktorý použijete na nosník (slamka, plastové pravítko), a vyvŕtajte alebo urobte doň dieru; to bude oporný bod (bod, ktorý umožní voľné otáčanie nosníka). Ak používate plastovú slamku, môžete ju jednoducho prepichnúť špendlíkom alebo klincom.
  • Vyvŕtajte alebo urobte dieru na každom konci trámu tak, aby boli v rovnakej vzdialenosti od stredu. Každým otvorom prevlečte šnúrku, ktorá bude slúžiť ako držiak na misky s váhou. Uistite sa, že na každom konci je pre každý otvor 1 šnúrka.
  • Oprite klinec vodorovne medzi dva stohy kníh tak, aby sa stredový trám mohol voľne otáčať.


Zložte kúsok hliníkovej fólie tak, aby ste vytvorili škatuľku alebo misku. Nádoba nemusí byť presne štvorcová alebo okrúhla. Miska bude naplnená vodou alebo iným závažím, preto sa uistite, že je dostatočne pevná, aby to uniesla.

  • Zaveste škatuľku alebo nádobu na jeden koniec nosníka. Do bokov misky urobte malé otvory a prevlečte cez ne šnúrku, ktorá bude misku držať.


Z druhého konca trámu zaveste vodorovne ihlu alebo sponku na papier pomocou nite. Na opačnej strane trámu priviažte kancelársku sponku alebo ihlu na koniec šnúrky tak, aby ležala vodorovne. Aby pokus fungoval, je dôležité, aby bola sponka alebo ihla vo vodorovnej polohe.


Umiestnite na nosník kus materiálu, ako je hlina alebo hracia hmota, aby ste vyvážili hliníkovú nádobu. Pred začatím experimentu sa uistite, že lúč leží na rovine. Miska bude ťažšia ako ihla, čo spôsobí, že lúč sa spustí smerom k miske. Na opačnú stranu trámu pridajte dostatok hliny tak, aby bol trám rovný.

  • Tento postup sa nazýva vyvažovanie. Hlina nemá vplyv na výpočty, pretože vyvažuje lúč.


Umiestnite ihlu alebo sponku zavesenú na tráme do nádoby s vodou. Tento krok si môže vyžadovať trochu viac úsilia, aby ste sa uistili, že ihla leží presne na hornej časti vodnej hladiny. Nechcete, aby bola ihla ponorená vo vode. Naplňte nádobu vodou (alebo inou kvapalinou s neznámym povrchovým napätím) a umiestnite ju pod ihlu vo výške, ktorá umožní, aby ihla spočívala priamo na povrchu.

  • Uistite sa, že šnúrka, ktorá drží ihlu na mieste, zostane napnutá, keď je ihla na hladine vody.


Odvážte dávku špendlíkov alebo niekoľko odmeraných kvapiek vody na malých poštových váhach. Do hliníkovej misky, ktorú ste predtým skonštruovali, budete postupne pridávať špendlíky alebo kvapky vody. Pre výpočet je dôležité presne vedieť, aká hmotnosť je potrebná na zdvihnutie ihly z vody.

  • Odpočítajte niekoľko špendlíkov alebo kvapiek vody a odvážte ich.
  • Určite hmotnosť každej kvapky alebo špendlíka vydelením celkovej hmotnosti počtom špendlíkov alebo kvapiek vody.
  • Napríklad povedzme, že 30 špendlíkov váži 15 gramov: 15/30 = 0.5. Každý kolík váži 0.5 g.


Do nádoby z hliníkovej fólie pridávajte špendlíky alebo kvapky vody po jednom, kým sa ihla neuvoľní z povrchu vody. Do hliníkovej misky pomaly pridávajte špendlík alebo kvapku vody po jednom špendlíku/kapke. Pozorne sledujte, či sa ihla pri každom novom pridaní vynorí z vody. Prestaňte pridávať špendlíky/kvapky, keď sa ihla už nedotýka povrchu vody.

  • Spočítajte počet kolíkov alebo kvapiek vody potrebných na odstránenie protizávažia z vodnej hladiny.
  • Zaznamenajte každý údaj.
  • Cvičenie zopakujte niekoľkokrát (5 alebo 6), aby ste získali presnejšie údaje.
  • Vypočítajte priemer výsledkov tak, že spočítate celkový počet špendlíkov potrebných v každom pokuse a vydelíte ho celkovým počtom pokusov.


Preveďte meranie kolíkov na silu vynásobením počtu gramov číslom 0.00981 N/g. Na výpočet povrchového napätia potrebujete poznať celkovú silu potrebnú na odstránenie ihly z povrchu kvapaliny. Keďže ste v predchádzajúcom kroku odvážili špendlíky, môžete tento výpočet ľahko vykonať pomocou prevodného koeficientu 0.00981 N/g.[4]
Dôveryhodný zdroj
Vedeckí kamaráti
Databáza vedeckých projektov, vysvetlení a vzdelávacích materiálov z dielne odborníkov
Prejsť na zdroj

  • Vynásobte počet špendlíkov pridaných do misky hmotnosťou každého špendlíka. Napríklad 5 špendlíkov pri 0.5 g/špendlík = 5 x 0.5 = 2.5 g.
  • Množstvo gramov vynásobte prevodným koeficientom 0.00981 N/g: 2.5 x 0.00981 = 0.025 N.


Doplňte premenné do rovnice a vyriešte. Pomocou meraní, ktoré ste získali počas experimentu, môžete teraz vyriešiť silu. Jednoducho doplňte čísla do správnej premennej a vyriešte ich pomocou správneho poradia operácií.

  • Pokračujúc v našom príklade, povedzme, že ihla bola 0.025 m dlhá. Dosadením premenných do rovnice dostaneme: S = F/2d = 0.025 N/(2 x 0.025) = 0.05 N/m. Povrchové napätie kvapaliny je 0.05 N/m.

Metóda 2 z 3:Meranie povrchového napätia pomocou kapilárneho pôsobenia


Pochopte kapilárne pôsobenie. Aby ste pochopili kapilárne pôsobenie, musíte najprv pochopiť adhéziu a kohézne sily. Adhézia je sila, ktorá spôsobuje priľnutie kvapaliny k pevnému povrchu, napríklad k okraju pohára. Kohezívne sily sú tie, ktoré priťahujú molekuly kvapaliny k sebe.[5]
Kombinácia adhéznych a kohéznych síl spôsobuje, že kvapalina stúpa do stredu tenkej trubice.

  • Výška, do ktorej kvapalina stúpa, sa dá použiť na výpočet povrchového napätia tejto kvapaliny.
  • Súdržnosť spôsobuje, že voda vytvára na povrchu bublinky alebo kvapky. Keď je kvapalina v kontakte so vzduchom, molekuly k sebe pociťujú príťažlivé sily a vytvárajú na povrchu bubliny.
  • Adhézia spôsobuje meniskus, ktorý je vidieť v kvapalinách, keď sa prilepia na steny pohára. Je to konkávny tvar v hornej časti kvapaliny, ktorý vidíme vo výške očí.[6]
  • Príkladom kapilárneho pôsobenia je pozorovanie stúpania vody v slamke umiestnenej v pohári s vodou.


Definujte rovnicu na riešenie povrchového napätia. Povrchové napätie je dané rovnicou S = (ρhga/2) kde S je povrchové napätie, ρ (alebo rho) je hustota meranej kvapaliny, h je výška, do ktorej stúpa kvapalina v skúmavke, g je zrýchlenie spôsobené gravitáciou pôsobiacou na kvapalinu (9.8 m/s2) a a je polomer kapilárnej trubice.[7]

  • Pri práci s touto rovnicou sa uistite, že všetky jednotky sú v správnom metrickom tvare: hustota v kg/m3, výška a polomer v metroch a gravitácia v m/s2.
  • Ak nie je uvedená hustota kvapaliny, môžete ju vyhľadať v príručke alebo vypočítať pomocou rovnice hustota = hmotnosť/objem.
  • Jednotkou povrchového napätia je jeden newton na meter (N/m). Newton sa rovná 1 kg-m/s2.[8]
    Ak chcete sami zistiť jednotky, jednoducho vyriešte rovnicu práve s jednotkami. S = kg/m3 * m * m/s2 * m. Dve z jednotiek metra zrušte dve z jednotiek na meter a zostane vám 1 kg-m/s2/m alebo 1 N/m.


Naplňte nádobu kvapalinou s neznámym povrchovým napätím. Použite plytký tanier alebo misku, naplňte ju asi jedným centimetrom príslušnej kvapaliny. Na množstve pridanej kvapaliny nezáleží, pokiaľ je zreteľne vidieť nárast kvapaliny v kapilárnej trubici.

  • Ak budete postup opakovať s rôznymi kvapalinami, uistite sa, že miska je pred pridaním ďalšej kvapaliny dôkladne vyčistená a vysušená. Prípadne použite pre každú kvapalinu samostatný riad.


Do kvapaliny vložte priehľadnú tenkú trubičku. Z tejto trubice budete vykonávať merania na výpočet povrchového napätia. Trubica musí byť priehľadná, aby bolo vidieť, ako vysoko stúpa kvapalina nad hladinu v miske. Rúrka musí mať v celom rozsahu rovnaký polomer.

  • Ak chcete zmerať polomer, jednoducho položte pravítko cez hornú časť trubice a určte priemer. Priemer vydelíme dvoma a dostaneme polomer.
  • Tieto trubice si môžete kúpiť online alebo v železiarstve.
  • Môže byť ťažké presne zmerať malé zmeny výšky, do ktorej kvapalina stúpa v slamke alebo širokej trubici. Keďže výška, do ktorej voda vystúpi, je nepriamo úmerná priemeru trubice (užšia trubica = vyšší vzostup), tento experiment je oveľa jednoduchší, ak použijete úzku priehľadnú kapilárnu trubicu. Tie sa dajú lacno kúpiť na internete, ale overte si, či je k dispozícii vnútorný priemer (zvyčajne okolo 1 mm – 1.2 mm) a oba konce sú otvorené. Keďže sú krehké a vyrobené zo skla, dbajte na opatrnosť pri manipulácii s nimi.


Zmerajte výšku, do ktorej kvapalina vystúpi nad kvapalinu v nádobe. Umiestnite spodnú časť pravítka priamo nad kvapalinu v miske a zmerajte, ako vysoko kvapalina stúpla do trubice. Voda stúpa vďaka tomu, že sila povrchového napätia smerom nahor je väčšia ako gravitačná sila smerom nadol.[9]


Zapíš namerané hodnoty do rovnice a vyrieš ich. Keď ste určili všetky potrebné premenné, môžete ich dosadiť do vzorca a vyriešiť povrchové napätie. Nezabudnite prepočítať všetky hodnoty na metrické, aby sa problém dal správne vyriešiť.

  • Povedzme napríklad, že meriame povrchové napätie vody. Voda má hustotu približne 1000 kg/m3 (v tomto príklade použijeme približné hodnoty).[10]
    Veličina g je vždy 9.8 m/s2. Polomer trubice je .029 m a voda stúpa 0.0005 m. Aké je povrchové napätie vody?
  • Dosadením premenných do rovnice dostaneme: S = (ρhga/2) = (1000 x 9.8 x 0.029 x 0.0005)/2 = 0.1421/2 = 0.071 J/m2.

Metóda 3 z 3:Meranie relatívneho povrchového napätia pomocou penny


Zhromaždite si materiály. Na tento experiment budete potrebovať kvapkadlo, suchý cent, vodu, malú misku, mydlo na riad, olej a uterák. Väčšinu z týchto predmetov môžete nájsť doma alebo kúpiť v obchode s potravinami. Nemusíte použiť mydlo na riad a olej, ale budete chcieť rôzne kvapaliny, aby ste mohli porovnať ich povrchové napätie.

  • Pred začatím experimentu sa uistite, či je minca úplne čistá a suchá. Ak sú na peniazoch iné kvapaliny, pokus nebude presný.
  • Tento experiment neumožňuje vypočítať povrchové napätie, ale len určiť povrchové napätie rôznych kvapalín voči sebe navzájom.


Kvapkajte po kvapkách tekutiny na penál. Umiestnite mincu na uterák alebo na povrch, pri ktorom vám nevadí, že sa namočí. Naplňte kvapkadlo prvou kvapalinou. Pomaly kvapkajte kvapalinu na penál a dávajte pozor, aby ste kvapkali len po jednej kvapke. Spočítaj počet kvapiek, ktoré sú potrebné na naplnenie penálu, kým tekutina pretečie.

  • Napíšte, koľko kvapiek je potrebných na to, aby kvapalina pretiekla cez stenu penálu.


Zopakujte pokus s inou kvapalinou. Penál medzi jednotlivými skúškami s kvapalinou vyčistite a vysušte. Pred opakovaním pokusu vysušte povrch, na ktorý ste položili mincu. Používajte viacero kvapkadiel na oči alebo ich medzi jednotlivými použitiami vyčistite.

  • Skúste do vody primiešať trochu mydla na riad a opäť kvapnúť, aby ste zistili, či sa zmení povrchové napätie.

  • Porovnajte počet kvapiek potrebných na naplnenie penny pre každú kvapalinu. Skúste experiment s tou istou kvapalinou zopakovať viackrát, aby ste zistili, či ste získali presný počet. Spriemerujte pokusy tak, že ich spočítate a vydelíte počtom vykonaných pokusov. Napíšte, ktoré látky potrebovali najviac kvapiek a ktoré najmenej, aby sa penál naplnil.

    • Látky s vyšším povrchovým napätím budú mať na penny viac kvapiek ako látky s nižším povrchovým napätím.
    • Mydlo na riad znižuje povrchové napätie vody, čím sa na naplnenie penálu spotrebuje menej kvapiek.
  • Odkazy