Способ контроля относительного изменения смачиваемости поверхности материала Советский патент 1989 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к физическим измерениям, в частности к определению удельной поверхности, и может быть использовано в материаловедении при создании и оценке свойств материалов с различной сорбционной способностью.

Цель изобретения - обеспечение определения удельной поверхности материала сорбирующего влагу и энергии взаимодействия молекул жидкости с поверхностью материала.

На фиг. I приведена структурная электрическая схема устройства контроля относительного изменения смачиваемости поверхности материала, реализующего способ контроля относитель- ного изменения смачиваемости поверхности материала.; на фиг, 2 - зависимости диэлектрической проницаемости различных материалов от изменения влажности.

Устройство контроля относительного изменения смачиваемости поверхности материала содержит генератор 1 СВЧ, измерительную волноводную линию 2, стрелочный прибор 3, отрезок волновода 4 с исследуемым материалом, аналитические весы 5,

Устройство контроля относительного изменения смачиваемости поверхности материала работает следующим образом.

Образцы исследуемых материалов замачивают в дистиллированной воде до больших влажностей W ( 100%), далее при помощи измерительной волноводной линии 2 измеряют смещение узла стопСП о

0

со

4

чей волны (что пропорционально диэлектрической проницаемости ) при помещении в отрезок волновода 4 исследуемых образцов материала по мере их высыхания при нормальных условиях влажность при этом контролировалась на аналитических весах 5, По полученным значениям в зависимости от влажности исследуемого материала строят графики f(W).

На зависимости f(W) фиксируют точки с максимальным изменением крутизны и определяют значение влажност W , соответствующее этому значению, а удельную поверхность исследуемого материала определяют по формуле

Ч - Hjip m vA i. р u;

где S - удельная поверхность, сорбирующая влагу; У„„ - влажность в точке перегиба

диэлектрической проницаемост материала от влажности; толпщна граничного слоя воды плогность воды, г/см. Энергию взаимодействия молекул

влаги с поверхностью материала опре|деляют по формуле

Кр

1

УЪ

р.се

71

- Р-б

Дж.

,(2) ЗТ

де

р.се

время релаксации молекул влагиJ находящихся в гра ничном слое, с; время релаксации молекул влаги вне граничного слоя, с;

постоянная Больцмана; абсолютная температура. При этом времена релаксации молеул влаги находятся из формул Дебая;

(f)u . X, 1 I s-(f)с

, --,L л „ - .1 v-4

рА

К Т

35

40

рв Т 4 . я-. .cfl

f S ();.

/6

(3) де f - частота внешнего электромаг- 45

нитного поля, Гц; д- диэлектрическая проницаемость

свободной влаги при св диэлектрическая проницаемость

свободной влаги при . 50 В случае 8,5 10(Гц) , , ри этом для свободной воды (f). Для связанной воды, находящейся

слое,

(f)

С6

находится.

(f)

ев

(|-0+Е„„

) 4-.

где А 9 «гСпр-ЗСцр- (, + ;()ь- ,,)+Р(())-().+

жат|

„«г С р+18СкрР „„,+3(()в -мит)

с-9С КР ((f )в-2 „О+ЗР( (f ). + ,)+3((),-Е,.,,);

м«т диэлектрическая проницает..

5

5

0

Т

5

0

5

0

5

мость исследуемого сухого материала;

I

I

WJ ПЛЧТ . I ,-„ +1

СКР

где W,

углч-г

, IBVMVnFtaMil

f fs

-влажность исследуемого сухого материала; материала в точке перегиба зксперимеитальной кривой;

fwuT плотность исследуемого сухого материала; fg - плотность воды.

В формуле (4), основного параметра W , используется также

tgo

параметр Р --- , представляющий собой отношение тангенсов углов наклона экспериментальной кривой (W) поЬле и до точки максимального изменения крутизны.

Формула изобретения,

Способ контроля относительного изменения смачиваемости поверхности материала, включающий облучение материала-жидкости СВЧ электромагнитным сигналом, прием провзаимодействующего с материалом-жидкостью СВЧ электромагнитного сигнала и определение диэлектрической проницаемости материала-жидкости, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что, с целью определения удельной поверхности материала сорбирующего жидкость и энергии взаимодействия молекул жидкости с поверхностью материала, в качестве жидкости используют воду, измерение провзаимодействующего с материалом-жидкостью СВЧ электромагнитного сигнала проводят при изменении влажности W материала от нормальной до полного влагопоглощения, определяют диэлектрическую проницаемость материала- жидкости для всех измеренных величин влажности, а значение удельной поверхности материала, сорбирующего ЖИДКОСТЬ Зуд, рассчит ывают по формуле

где

WKP CM

Зул-ГрГ -Т

- толщина граничного слоя воды в сантиметрах; Уд - плотность воды, г/см ;

W..., - значение максимального

менения крутизны зависимости диэлектрической проницаемост материал-жидкость для всех значений влажности,

а энергию взаимодействия молекул воды с поверхностью материала - по формуле

4Uefl K.T-ln

Дж,

где К - постоянная Больцмана; Т -абсолютная температура;

f I И5-()в . Rв V

р. 5 значение диэлектрической проницаемости свободной воды при со и 0 соответственно;

- частота электромагнитного поля;

1 I s-()ca

f eCfXe -г

(f) - значение диэлектрической проницаемости свободной воды в нормальных условиях;

( I -0.

1

1(4

В с

А- А -

,,гС к%-ЗС ,р(, + () 8-2 „.,,)- ((),)-(),-|. ,; .С р- -18СкрР м«г+3(Е()- f,,) ; С-9С np((f) -2,,)+3P((f), +3((f),-,,)

5

0

5

кр

11

W

кр

+ 1

fMT

f

значение диэлектрической

проницаемости исследуемого материала;

- плотность исследуемого материала, г/см ; ;, tgo

par -JBL . tgft

tg /3- значение углов наклона

ветвей графика на зависимости (W) в точке, соответствующей значению Wi.,w

г

Изобретение касается физических измерений. Цель изобретения - обеспечение определения удельной поверхности материала, сорбирующего влагу, и энергии взаимодействия молекул жидкости с поверхностью материала. Определяют диэлектрическую проницаемость ε материала-жидкости для всех измеренных величин влажности. По полученным значениям ε в зависимости от влажности исследуемого материала строят соответствующие графики и по ним фиксируют точки с максимальным изменением крутизны и определяют его значение, а удельную поверхность исследуемого материала и энергию взаимодействия молекул влаги с поверхностью материала определяют по формулам. 2 ил.

Фиг.1

А.

10 0 30 50 60 70 80 , ..Вла)м(7сти.

Фиг. г