การหาค่าความตึงผิวโดยวิธีหยดของเหลว : ผลของเส้นผ่านศูนย์กลางของเข็มหยด

Determination of Surface Tension by Pendant Drop Method: Effect of Tip’s Diameters

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบชุดการทดลองหาค่าความตึงผิวของของเหลวโดยวิธีหยดน้ำ เพื่อนำไปใช้ในการจัดการเรียนการสอนในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย หรือระดับอุดมศึกษา โดยอาศัยภาพถ่ายของหยดน้ำและหลักการผลต่างของความดันในของเหลวจากสมการยัง-ลาปลาซในการคำนวณ ชุดการทดลองประกอบด้วยเข็มฉีดยาที่ตัดปลายตรงขนาด เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.60, 0.80 และ 1.2 mm หลอดไฟ และโทรศัพท์มือถือ ในการทดลองจะหยดน้ำกลั่นจากเข็มฉีดยาขนาดต่างกัน ถ่ายภาพหยดน้ำ และนำภาพที่ได้มาวัดระยะ DE และ DS ด้วยโปรแกรมอิมเมจเจ ซึ่งระยะ DE แทน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางส่วนที่กว้างที่สุดของหยดน้ำและ DS แทน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ณ ตำแหน่งที่วัดจากจุดต่ำสุดของหยดน้ำที่อยู่ห่างเป็นระยะ DE พอดี จากผลการวัดและคำนวณพบว่า เส้นผ่านศูนย์กลางของหัวหยดที่ใช้หยดของเหลวไม่มีผลต่อค่าความตึงผิวของของ เหลว แต่รูปทรงของหยดน้ำจะมีผลต่อค่าความตึงผิว โดยผลต่างของ DE กับ DS จากภาพถ่ายหยดน้ำที่หยดจากหัวหยดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.60, 0.80 และ 1.2 mm มีค่าอยู่ในช่วง 0.080– 0.10 mm นอกจากนี้ภาพหยดน้ำ ที่ให้ค่าความตึงผิวใกล้เคียงกับค่าอ้างอิงมากที่สุด ควรเป็นภาพถ่ายหยดน้ำขณะที่หยดน้ำกำลังจะหลุดออกจากปลายหัวหยด ซึ่งเป็นจุดที่เกิดความสมดุลระหว่างแรงตึงผิวและแรงโน้มถ่วงที่กระทำกับตัวหยดน้ำ โดยที่ขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางของเข็มฉีดยา และปริมาณของน้ำที่ใช้ไม่ส่งผลต่อค่าความตึงผิวที่คำนวณได้จากวิธีนี้   This research aims design for theexperimental setup to determine surface tension of liquids by the pendant drop method. This experiment was designed for student in the upper secondary level or higher education. Photographs of water droplet were taken, and Young-Laplace equation was applied. The setup consists of a syringe with its tip straight cut for diameters of 0.60, 0.80 and 1.2 mm. A lamp and smartphone were set to take photographs which are analyzed by ImgaeJ program. A drop of distilled water was formed at the tip. The pendant drop method requires measuring diameter. The value of the diameter of the drop at its widest part was DE and the value of the diameter of in a position at vertical distance DE from the lowest end was DS. From the results, the diameter of the dropper's tip does not affect the surface tension of the distilled water. But the shape of the water drop affects to the surface tension. The difference between DE and DS of the water drops from various tip's diameters should be in the range of 0.080 – 0.10 mm. In order to obtain accurate surface tension, the water drop must maintain its shape before it leaves the tip of the dropper that the balance between surface tension and the gravitational force. Finally, the tip's diameter of dropper and the volume of distilled water do not affect the surface tension.