Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N13/02 

Изобрв1ение относится к измерительной технике и мОхМчОт быть использовано дпя определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости в условиях невесомости

Известен способ определения поверхностного натяжения, где с целью уменьшения объема исследуемой жидкости используется метод капилляра, а искомая величина коэффициента повеохностного натяжения определяется по известной формуле.

Наибопее близким к предлагаемому является способ определения поверхностного натяжения методом магсимал(.ного давления в пузырьке, основанный на продувании газа (воздуха) через капилляр в х идкос 1 с образованием в ней пузырька газа и измерении давления при котором происходит отрыв пузырька газа, выдуваемого в жидкость, от среза капилляра

Указанные способы определения поверхностного натяжения требуют относительно большого ко in4-2CTt a (десяти грамм) исследуемой хидкос ч и (е могут применяться при измерениях в услсспях невесомости.

Целью настоящего изобре.ен1 це яет- сл расширение области ;,споло3ова и - способа и экономия исследуемой ж miocii

Способ заключаете 1 о тс ч о по- мощьм капилляра из HpOcib -voro x ва (порядка 1-2 мг} исс , ,,т, сги выдувают пузырь, которым затем прокс-лы- вают и определяют время с лопыг н Грнз рушения) пузыря, которое С- -л - измерено, например, с novom о гчс, . стной киносьег .ки по кино-рз с f. жидкости можно опоеаелить сч,- п, т- ность и / лину столба иссге/v, з. ог чидкости в капилляра и его inr , тр i -и н it, венным йззеширясием перед кахдчм i.fc рением. К зэффьч позер -ocrncio натяжения жидкости аэпреае ют по г муле

pw

V- ,

ЛГГ

16т2

(1)

где m - массе жидкости, из которо образуется пузырь;

г- время охлопывания пузыря.

При искусственном нарушении поверхности пузыря жидкости радиусом R в месте контакта формируется отверстие, которое закругляется по краям пленки, образуя утолщение. Возникающая при зтом лапла- сова сила (давление) будет увеличивать образовавшееся отверстие. Из условия сохранения массы радиус пузыря R, толщина его стенки h и пасса жидкости, из которой выдувают пузырь (т), связаны соотношением:

т Ал R р h

(2)

гд

р- плотность исследуемой жидкости.

При образовании отверстия высвобождается поверхностная энергия Wn, переходящая в кинетическую энергию движущегося утолщения WK на краях отверстия. Считая, что стенка пузыря постоянна по толщине (h const), что особенно хорошо выполняется в условиях невесомости, а также при небольшом радиусе R пузыря, можно определить связь массы образующегося утолщения mi с радиусом RI отверстия

mi phSb(3)

где St - площадь исчезнувшей поверхности шарового сегмента.

Из равенства кинетической энергии движущегося уголщениг, iV2/2 и поверхностной энергии 081, где V - скорость движения края отверстия; О - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, можно с учетом (3) получить формулу для скорости движения края отверстия:

v $fe.

из которой следует, что V const Время разрушения пузыря

I M/

RQ&(4)

Из выражений (2) и (4) следует формула

(1).

На пузырь, выдутый из капли жидкости, действуют, в общем случае, гравитационнэ сила, сила поверхностного натяженмя и силы давления газа снаружи и изнутри поверхности пузыря. Под действием. гравитационной силы пузырь деформирует ся и принимает форму, отличную от сферической, и его стенка неравномерна по толщине. Однако, для пузырей с радиусом R 1 см деформациями их формы поверхности и толщины стенки в условиях действия силы тяжести можно пренебречь.

На чертеже показана схема реализа- ,ии предлагаемого способа.

Небольшое количество исследуемой

жидкости 1 известной массы m набирают в капилляр 2 и с помощью шприца 3 выдувают пузырь 4, ИглЪй 5 прокалывают пузырь 4 и процесс схлопывания пузыря снимают скоростной кинокамерой 6, о результате чего после обработки кинограммы определяют время г разрушения пузыря 4. Зная массу пузыря и время его схлопывания, по формуле (1) определяют коэффициент поверхностного натяжения о .

Пример. Для водяного пузыря радиусом ,5 см, имеющего массу ,4 мг, время его разрушения составляло г. 1,95 10 с. Измерения проводились при нормальных

условиях кинокамерой типа СКС-1, применяемой для регистрации быстропротекаю- щих процессов.

Величина коэффициента поверхностного натяжения, рассчитанная по формуле (1),

о ,2 дин/см, что совпадает в пределах погрешности измерений с табличными значениями дин/см.

Предлагаемый способ определения коэффициента поверхностного натяжения

жидкости сбчздгет следующими преимуществами.

Для проведения серии например, и 100 измерений, количество жидкости, необ ходимое для исиедований, не превышает 1

г, т.к. дкя осуществления одного измерения требуется всего лишь 1-2 мг жидкости.

Предлагаемый способ имеет преимущество в экономии исследуемой жидкости в 100 раз, а также позволяет проводить измерения поверхностного чатчжения малых ее количеств (всего 1-2 г).

°асширяет область сю использования, ибо позволяет проводи i. измерения указанного коэффициента в УСЛОВИЯХ невесомости или слабых гравитационных полей, т.к. в этом случае на пузырь действуют лишь силы поверхностного кегяч.

50

Формула изобретения

Способ определения коэффициента по- яеручостного натяхени° сидкости, заключающийся в продувании газа через капилляр и формировании газовою пузыря ьэ срече капилляра, отличающийся гем, что, с целью расширения области использования способа и экономии исследуемой Ж(1 кости, в капилляо предварительн 1 помещаю каплю жидкости, из которой вь,дувают газовый пузырь на срезе капилляра, газовый пузырь искусственно разрушают, определяют время его охлопывания, а коэффициент поверхностного натяжения о жидкости вычисляют по форму- ле

А

а

ЛТП

где m - масса жидкости, из которой образуется пузырь, кг;

г- время схлопывания пузыря, с.