Условие:
Капилляр, погруженный в ультразвуковую ванну, работает как насос, который может поднять воду на значительную высоту. Объясните и исследуйте это явление.
Я себе поставил такие цели:
Цель:
- Выяснить, почему под действием ультразвука вода поднимается выше, нежели без него
А также задачи-
Задачи:
- Выяснить, почему вода в капилляре поднимается.
- Выяснить, от чего зависит высота, на которую поднимается вода под действием капиллярного эффекта.
- Изучить влияние ультразвука, на высоту подъёма воды.
- Выяснить на качественном уровне зависимость высоты подъёма воды от плотности её.
После постановки цели и задач я выдвинул гипотезу-
Гипотеза:
- Чем плотность воды больше, тем вода будет подниматься на меньшую высоту.
Оборудование, которое я использовал при решении задачи это-
Оборудование:
- Ультразвуковой излучатель дыма.
- Капилляр.
- Линейка.
- Ёмкость.
- Соль.
- Блок питания
- Мультиметр с термопарой.
- Зелёнка.
Установка:
Для проведения этого эксперимента, мы использовали 1,5 литровую бутылку, у которой отрезали горлышко. На дно бутылки ,с помощью термоклея, мы приклеили излучатель.
Также, мы проделали в бутылке два отверстия ,через которые продели медную проволоку ,в центре которой было кольцо. Оно было сделано, так как под действием ультразвука, капилляр отклонялся от центра излучателя, из-за чего высота, на которую поднималась вода ,уменьшалась.
Капилляр был подвешен на одножильном толстом проводе к полочке.
Теория:
Погрузив капилляр в воду, мы заметили, что вода в капилляре поднялась на 10мм.
Из-за чего это происходит?
Вода, как нетрудно догадаться, поднимается по капилляру благодаря капиллярному эффекту.
Капиллярный эффект — явление подъема или опускания жидкости в капиллярах — узких трубках, каналах произвольной формы, пористых телах, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п.
Формула, которая показывает от чего зависит высота подъема воды в капилляре, это формула
В данной формуле используются такие понятия как:
Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, численно равная силе поверхностного натяжения, которая действует на линию разрыва единичной длины.
Плотность-скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Кроме всего прочего, высота, на которую поднимается вода, зависит от радиуса капилляра. Чем радиус больше, тем высота, на которую поднимется вода, меньше
Также высота, на которую поднимается вода, зависит от смачиваемости капилляра
Сма́чивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости.
Существует два вида смачивания: иммерсионное и контактное.
Иммерсионное смачивание-это когда вся поверхность твёрдого тела контактирует со всей жидкостью.
Контактное-это смачивание, которое включает в себя три фазы: твердая, жидкая и газообразная.
В нашем случае со стеклянным капилляром работает иммерсионное смачивание.
При распространения ультразвука в воде появляется такое явление как кавитация.
Кавитация – это явление, которое заключается в образовании пузырьков, наполненных паром (или газом), который сжимается или расширяется внутри жидкости, на которую воздействует интенсивное ультразвуковое поле. Также, кавитация вызывает увеличение температуры жидкости. В связи с этим явлением приходится следить за температурой, так как от температуры жидкости зависит её плотность и коэффициент поверхностного натяжения.
Но вода нагревается не только из-за кавитации, но так-же и из-за нагрева самого излучателя.
Погрузив капилляр в воду и включив ультразвуковой генератор, мы заметили, что высота, на которую поднимается вода, увеличилась в несколько раз Э то объясняется тем, что в воде образуются стоячие волны, которые с огромной скоростью постоянно выталкивают воду
После этого, мы решили провести эксперимент в котором, на качественном уровне, выявили зависимость подъёма воды от плотности её.
Ход эксперимента:
- Мы подготовили ёмкость;
- Закрепили на дно емкость ультразвуковой генератор;
- Наполнили её водой;
- Добавили туда зеленки ,чтобы было лучше видно воду в капилляре;
- Погрузили в воду термопару, чтобы следить за температурой.
- И измеряли высоту, на которую поднимается вода, постепенно добавляя соль;
На графике вы можете видеть зависимость подъема воды от количества соли в ней. Как вы можете заметить, чем больше плотность воды, то есть чем больше в ней соли, тем высота, на которую поднимается вода ,меньше.
Также мы пытались провести эксперимент с иглой от шприца, но, из-за недостаточной мощности излучателя и плохой смачиваемости иглы, вода по игле не поднималась.
Вывод:
В ходе решения данной задачи мы выяснили:
- Из-за чего вода поднимается по капилляру.
- Какие факторы влияют на высоту подъёма воды.
- Как ультразвук влияет на высоту подъёма жидкости.
- На качественном уровне, выявили зависимость высоты подъёма воды от плотности, чем доказали поставленную гипотезу