Способ определения краевого угла смачивания между жидкостями и твердыми телами Советский патент 1988 года по МПК G01N13/02 

со 1

а

00

Изобретение относится к определению физико-химических параметров жидкостей и твердых тел, в частности к определению краевого угла между поверхностью твердого тела и мениском контактирующей с ним жидкостью на границе с газовой фазой путем наблюдения за капиллярным эффектом.

Цель изобретения - повьшение точности определения краевого угла сма чивания между твердой поверхностью и несмачивающей ее жидкостью за счет исключения погрешности измерения геометрических размеров капилт ляра.

На фиг.I изображено измерительное cтpoйcтвo; на 4иг.2 - формирование поверхности раздела фаз во входном сечении исследуемого капилляра в процессе измерения; на фиг. 3 - то же, выходное сечение.

Способ осуществляется следующим образом.

В относительно широкий прозрачньш сосуд 1, установленный вертикально, с вмонтированным в его- нижнюю часть через уплотнитель 2 исследуемым капилляром 3 через капельницу 4 медленно подают жидкость 5. Появление жидкости в выходном сечении капилляра 3 фиксируют оптической системой 6.

,Во входном сечении капилляра формируется выпуклая вниз поверхность раздела фаз. Предполагая, что эта поверхность сферическая, что справедливо для тонких капилляров, ее радиус кривизны будет равен Ri sinoi, где R, - радиус капилляра; at - угол между горизонтальной плоскостью и. касательной к поверхности раздела в месте контакта жидкости со стенкой, причем oi В - г/2, где 9 - краевой угол смачивания.

По мере заполнения сосуда жидкостью и увеличения ее уровня Ы возрастает гидростатическое давление жидкости на поверхности раздела фаз, при этом прогиб поверхности раздела будет увеличиваться, пока не произойдет потеря ее устойчивости (при высоте ) и движение вниз до выходного сечения капилляра. Предельное условие устойчивости поверхности раздела:

. . Р, pgH, 2С. sincxl/K,,

где б - коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость - газ;

р - плотность Исследуемой жидкости.

В общем случае в выходном сечении капилляра также образуется выпуклая вниз поверхность раздела фаз, кривизна которой уменьшается при увеличении гидростатического давления в капилляре при дальнейшем увеличении уровня жидкости в сосуде вплоть до момента .потери,устойчивости и начала капельного истечения жидкости при ее уровне в сосуде . Предельное условие равновесия для этого случая

Р pgH,, 26/Е,-.

Решая систему уравнений относительно йб с учетом об 9 - г/2 по- луЧают выражение для величины краевого угла смачивания через отношение давлений:

PI sin об --

У

PsHi

pgs;

или

0

COS 9

Н./Н,,.

В зависимости от степени смачива- ния поверхности жидкостью, диаметра ti высоты исследуемого капилляра при 0 й сследовании возможны следующие варианты.

1.При заполнении сосуда жидкостью последовательно происходит формирование поверхности раздела во входном

5 сечении капилляра, потеря устойчивости поверхности при и движение ее вниз по капилляру до достижения выходного сечения, стабилизация поверхности раздела, потеря устойчивос0 ти при начало капельного исте-, чения.

2.Стабилизация поверхности раздела в выходном сечении капилляра не происходит, а начинается капельное

5 истечение, прекращающееся без полного опорожнения сосуда, с образованием поверхности раздела в выходном сечении. Производят повторное заполнение сосуда и фиксируют , когда начинается , капельное истечение.

3. При ( происходит капельное истечение, заканчивающееся полным опорожнением сосуда. Производят замену капилляра, уменьшая его высоту и

2 диаметр, пока не реализуется вариант 1 или 2 и производят измерение Н и Нг..

4. Образование поверхности раздела фаз вО входном сечении не проис-

ходит. Угол 9 г/2. Способ не работоспособен.

Положительный эффект от использования изобретения достигается за счет того, что в расчетное уравнение входят всего две величины - уровни жидкости в сосуде, которые возможно измерить с высокой точностью. Погреш- HdcTb, связанная с влиянием объема капилляра на точность определения давления, может быть уменьшена хфи увеличении объемов сосуда 1 и капилляра 3.

Формула из, обретения

Способ определения краевого угла .смачивания между жидкостями и твердыми телами, включающий определение давления в капилляре из исследуемого материала, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности определения при исследовании жидкостей, не смачивающих поверхность, за счет исключения погрешности измерения геометрических размеров

капилляра, жидкость пропускают через капилляр под действием гидростатического давления исследуемой жидкости, фиксируют величины давлений в моменты потери устойчивости границы раздела фаз во входном и выходном сечениях капилляра и по отношению давлений, пропорциональному отношению уровней жидкости определяют искомую величину.

Изобретение относится к области определения зико-химических параметров жидкостей и твердых тел, в частности к определению краевого уг,па. между поверхностью твердого тела и мениском контактирующей с ним жидкости на границе с газовой средой путем наблюдения за капиллярным эфг- фектом. Цель - повышение точности определения краевого угла смачивания между твердой поверхностью и несмачивающей ее жидкостью за счет исключения погрешности измерения геометрических размеров капилляра.Способ включает определение давления в капилляре на исследуемого материала. Жидкость пропускают через капилляр под действием гидростатического давления исследуемой жидкости. Фиксируют величины давлений в моменты потери устойчивости границы раздела фаз во входном и выходном сечениях капилляра. По отношению давлений, пропорциональному отношению уровней жидкости, определяют искомую величину. 3 ил. i (Л

ФигЛ