Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1993 года по МПК G01N13/02 

CO

с

Использование: в контрольно-измери- |ельной технике, в частности при физико-хи- || ическом анализе свойств жидкости. Сущность изобретения: для определения коэффициента поверхностного наряжения жидкостей используются капиллярные колебания сферической капли жидкости, помещенной на кольцевом держателе, Измеряют частоту вынуждающей силы и при резонансном увеличении амплитуды колебаний капли определяют собственную частоту ее колебаний, связанную с коэффициентом поверхностного натяжения формулой Рэлея. Кольцевой держатель располагают в той части капли, где амплитуда перемещения поверхности относительно центра инерции капли минимальна, а именно: плоскость держателя располагают на расстоянии ro/VJT от центра капли, где г0 - радиус сферической капли. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к контрольно- 1 змерительной технике, в частности, к фи- Зико-химическому анализу свойств идкости, а именно к способу определения Коэффициента поверхностного натяжения. : Целью предлагаемого способа является Повышение точности измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей ца счет уменьшения искажающего влияния Держателя. Поставленная цель достигается путём размещения последнего на определённом расстоянии от центра инерции капли, в плоскости, где деформация поверхности капли минимальна. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный .способ обличается от известного тем, что держатель располагают в той части капли, где амплитуда перемещения поверхности относительно центра инерции капли минимальна. Это позволяет уменьшить влияние держателя и, тем самым, повысить точность измерений. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию новизна. Тот факт, что держатель располагают на расстоянии r0/V3 от центра инерции сферической капли позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

Примером может служить возбуждение основной осесимметричной гармоники у сферической капли жидкости. Капля при колебаниях последовательно приобретает форму то сплюснутого, то вытянутого сфероида с полуосями а и с.

На чертеже показаны две фазы колебаний капли (сферическая и сплюснутая) основной гармоники колебаний.

00

о

со

00

со

При колебаниях объем капли остается постоянным, поэтому можно записать:

4 4т 4 т V Jtri а-у,

(1)

где Го - радиус сферической капли равного объема; а b - полуоси сфероида в горизонтальной плоскости; с - вертикальная полуось; у - - коэффициент формы.

Из формулы (1) следует, что а г0у , с г0 . Найдем плоскость z z0 const, в которой радиус горизонтального сечения г при колебаниях изменяется минимально. Уравнение окружности при сечении сфероида плоскостью z Zo должно удовлетворять системе:

2 2 2

х1ч.Г.+Г 1 а2 а2 с2.

z Zo const

(2)

Откуда следует:

Г2 Х2 + у2 ш а(с2 Z2} у-2(с2 „ Z2} (3)

С. .

В точке, где величина г наименее чувст- иительна к деформации капли, т.е. к изменению у выполняется условие дг/ду 0. Его

О

можно заменить условием гг 0, так как

2r-grr 0, а решение уравнения г( у) 0

не имеет физического смысла.

Учитывая связь а, с, су получим

.ro2y2/3-Zo/2-(4),,. Найдем решение уравнения

зйО

или

Го2(-§У 5/3--2°(-2))0 (5)

Из него следует

.2/3

Zo

т.е. при колебаниях по закону у уср + Дусозоя и малых амплитудах колебаний

, плоскость которой амплитуда колебаний минимальна задается уравнением

. ,.

Уср

5z ZQ у§- )р

(Т)

где уср- средний коэффициент формы капли.

Полученное соотношение справедливо для капли.имеющей форму сфероида вращения, так и для сферической капли,

В частном случае, при колебаниях вокруг среднего сферического положения Уср 1 окончательное выражение для z име- ет вид:

z z0 гт% 0,58r0

(8).

Таким образом, располагая держатель в плоскости z 0,58г0 относительно центра инерции сферической капли, удается свести к минимуму его влияние на собственные капиллярные колебания; капли на основной

гармонике.

Использование способа определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей обеспечивает по сравнению .с существующими способами следующие преимущества: необходимость малого объема жидкости, высокую точность измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, связанную с уменьшением влияния тел, контактирующих с исследуемой средой.

ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

2. Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что формируют каплю сферической формы, возбуждают основную осесиммет- ричную моду колебаний, а плоскость деожа- теля располагают на расстоянии r0/V3 от цейтра капли, где г0 - радиус сферической капли.