Способ определения температурного коэффициента поверхностного натяжения жидкостей и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01N13/02 

к Si Н- расстояние от среза капилл ра ,до дна я высота столба жидкости в жестком сосуде соответственно.

Способ осуиествлягот ,в устройстве которое BbinoJii jHo в виде иде:::тичиых сообщс1ющихся капилляров, погруженных в сообщающиеся сосуды с исследуемой жидкостью, каждый из которых снабжен нагревателем, гсапялляры соединены с источником инертного газа, а сосуды - с системой откачки, причем один из сосудов установлен относительно капилляра с возмолсностью его вертикального перемещения.

На чертеже схематически представлено дтредлагаемое устройство для определения температурного коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Устройство состоит из двух сообщающихся посредством трубки 1 цилиндрических сосудов 2 и 3 с исследуемой лсидкостыо,. в которые погружены два одинаковых также сооб1аагощихся между собой капилляра 4 и 5. Сообщающиеся сосуды соединены посредством вентиля б с системой откачки, а капи.пляры -- через натекатель 7 с источником инертного газа (н.а, черте не показан). Сосуды 2 и 3 снабжены нагревателями 8 и 9, при помощи которых создс1ется необходимая разност температур у кончиков кап 4лляров в сосудах. Разность температур жидкости у КОКЧЛ.КОВ Ка1П- ЛЛЯрОВ ф П сируется дифференциальной термопа.рой 10-10. Бэод исследуемой жидкости Б сосуды 2 и 3 производится ЧЕ;ре отверстия 11--11, которые . Зс.крываются (запаиваютс:я) о Блалодаря вг аянному через кЬваровые переходды сильфону 12 глубина погружения eveза капилляра 4 в жидкость в сосуде 2 регулируется посредством М1гр:рометрического винта 13 с высокой точностью. Все устройство помещено в термостат 14.

Ус.тройсо:во работает слелуппим образомо

Врз-Цением термостата 14 вокруг горизонтальной оси 15, жестко закрепленное .в нем устройство устанавливается в рабочем положении. При этом параллельные капилляры, расположены вертикально и погружены в жидкость на одинаковую глубину. Последнее достигается слетдуьощим образом. При помощи игольчатого нате-кателя 7, посредством капилляров 4 и 5 через жидкость медленно пропускаются пузырьки инертного газа (Не, Аг). Одновременным регулированием глубины погруясения капилляра 4 в жидкость при помощи микровин 13 добиваются положения, когда пузырьки газа при одинаковой температуре у кончиков капилляров отрываются от них одновременно. В этот момент положение микрометрического винта фиксируется.

При повышении нагревателем 9 температуры жидкости в сосуде 3, оставляя при этом температуру жидкости во втором сосуде 2 прежней, то отрыв пузырьков от обоих капилляров перестает происходить одновременно. Пузырьки теперь выходят через тот капилляр, у среза которого суммарное , давление (гидростатическое плюс лапласовское) меньше. Параллельньлм перемещением дна сосуда 2 на & h путем поворота макровинта на некоторый угол добиваются такого положения, когда пузырьки вновь выходят одновременно через оба капилляра. Так как диаметры капилляров при одинаковых температурах совершенно одинаковы, то при этом имеет место равенство . d6 ч

) ( ,u)

(Л4 dkAT)

где 6

-поверхностное натяжение ,

-плотность жидкости;

р

-радиус капилляра;

г

ы

-его линейный коэффициент теплового расширения,

- глубина погружения капилляров в жидкость при температуре т;

.-2

.- изменение глубины погружения l-5t капилляра при повороте микровинта на угол ДЧ ; шаг винта;

Pi h ,

плотность жидкости при , значение, которое принимало бы h, если бы стенки сосуда не испытывали теплового расширения при нагревании его на д Т,

&h

поправочный член, учитываюЩ1Ий тепловое расширение сосуда и находящейся в нем жидкости при их нагревании на дТ.

Пренебрегая вел 1чинами более высокого порядка малости, формулу (2) переписывают в виде

д5..;

:з:

о ЛТ О

.С,Т 47t J &T

Нетрудно заметить, что наиболее существенный вклад в поправочный член

()

вносится соотношением между коэффициентом объемного расширения жидкой фазы () и твердой стенки (. 3 с ) прибора.

В самом деле, для подавляющего большинства жидких веществ б 10 100 дин/см. Если изготовлен

Q из кварца, тоОч б 10 дин/см-град, а так как г- 10 см, г/см, qirlO см/сек, , то и /йгрдН Ю дин/см-град.

При переходе от кварца к молибдено вог-ту стеклу Cd Ю град ) эти поправки не приобретают практического эначенкя. Пренебрегая ими, окончательно получается 5f-isV.-5P(), 1 где X и Н - расстояние от среза капилляра до дна и высота столба жидко ти в жестком сосуде при температуре Т соответственно. Зная параметры прибора и плотност жидкости при температуре опыта, по формуле С) определяется с указанной точностью. Для этого достаточ но измерять угол поворота микровинта ЛЧ и разность температур л Т у кончиков капилляров.лI О , если в результате поворота микровинта глубина погружения капилляра в жидкость уменьшается (и наоборот). Метод применим для смачивающих и несмачивающих капилляр жидкостей. При этом он позволяет определить знак без всяких измерений. Предлагаемое устройство может быть одновременно использовано также для измерения поверхностного натяжения, для чего достаточно присоединить к нему манометр. Формула изобретения 1. Способ определения температур ного коэффициента поверхностного на тяжения жидкостей путем измерения поверхностных характеристик и последунвдего расчета, отличающ и и с я тем, что, с целью повыше точности и снижения трудоемкости изм рений, создают разность температур между двумя сообщаницимися сосудами с исследуемой жидкостью, в которые опущены идентичные сообщающиеся капилляры, уравновешивают обусловленное изменением температуры изменени давления в капиллярах гидростатическим давлением исследуемой жидкости, из;)1еняя положение одного из сосудов относительно капилляра, а искомую величину находят по формуле d г лЬ г / .. 5т аР.(, где г - радиус капилляра; q - ускорение силы тяжести; р - плотность исследуемой жидкости; h - изменение глубины погружения капилляра в жидкость при изменении ее гидростатического давления у среза капилляра на величину, равную приращению давления капиллярных сил при изменении температуры на&т; ft и р - объемные коэффициенты теплового расширения жидкого образца и материала капилляра соответственно; X и Н - расстояние от среза капилляра до дна и высота столба жидкости в жестком сосуде соответственно. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающе ес я тем, что оно выполнено в виде двух идентичных сообщающихся капилляров , погруженных в сообщающиеся сосуды с исследуемой жидкостью, каждый из которых снабжен нагревателем, капилляры соединены с источником инертного газа, а сосуды - с системой откачки, причем один из сосудов уста новлен относительно капилляра с возможностью его вертикального перемещения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Семенченко В. К. Поверхностные Явления в металлах и сплавах, М., Гостехиздат, 1957, с. 61-75(прототип).

О О О о о о ОС о COOQO ООО

../s/чЯ/ч/ч