Способ определения поверхностного натяжения жидкостей
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включая жидкости высокой вязкости, а также в слабых гравитационных полях при исследовании жидкостей , полученных в условиях новых космических технологий. Под воздействием электрического поля, создаваемого с помощью источника высокого напряжения между электродами, жидкость из сосуда втягивается в капилляр, находящийся междуэлектродами , и образует каплю на выходе из капилляра. Плавно увеличивают величину электрического поля до момента отрыва капли от среза капилляра, измеряют диаметр капли в этот момент, величину напряжения между жидкостью и ускоряющим электродом, а коэффициент поверхностного натяжения вычисляют по выражению, приведенном в формуле изобретения. 1 табл., 1 ил. сл с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1741020 А1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827349/25 (22) 21.05.90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Ковровский филиал Владимирского политехнического института (72) В.К.Коекин (53) 532.612.3 (088.8) (56) Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии/Под ред. Ю.Г.Фролова и
А.С,Гродского, M.: Химия, 1986, с, 16.
Авторское свидетельство СССР № 989386, кл. G 01 N 13/02, 1981, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включая жидкости
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включая жидкости высокой вязкости, а также в слабых гравитационных полях при исследовании жидкостей, полученный в условиях новых космических технологий.
Известен способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в капле с использованием сталагмометрического метода, основанный на условии уравновешивания силы тяжести капли в момент ее отрыва от конца капилляра силами поверхностного натяжения. высокой вязкости, а также в слабых гравитационных полях при исследовании жидкостей, полученных в условиях новых космических технологий. Под воздействием электрического поля, создаваемого с помощью источника высокого напряжения между электродами, жидкость из сосуда втягивается в капилляр, находящийся между электродами, и образует каплю на выходе из капилляра. Плавно увеличивают величину электрического поля до момента отрыва капли от среза капилляра, измеряют диаметр капли в этот момент, величину напряжения между жидкостью и ускоряющим электродом, а коэффициент поверхностного натяжения вычисляют по выражению, приведенном в формуле изобретения. 1 табл„
1 ил, Способ пригоден в условиях медленного образования капли и является статическим, Наиболее близким к предлагаемому является способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в капле, включающий выдавливание капли из капилляра и создание максимального давления в капле с помощью центробежных сил.
Недостатком этого способа является сложность и затруднение его использования для высоковязких жидкостей, Цель изобретения — расширение области использования способа и его упрощение.
Способ заключается в следующем.
1741020
10 (2) э+ у «FcT (3) Рэ =ео E S/2, F 0 = 2 о 31/г., (5) За счет электрического поля исследуемая жидкость из сосуда втягивается в капилляр, сообщающийся с сосудом и расположенный перпендикулярно двум электродам, один из которых находится в жидкости, а другой на расстоянии Н от первого. Под действием электрического поля на конце капилляра формируется капля жидкости, В момент отрыва капли от капилляра измеряют ее радиус R и фиксируют значение напряжения U, по величине которого и расстоянию Н между электродами определяют.напряженность однородного электрического поля Е = U/Н. Коэффициент поверхностного натяжения o вычисляют по формуле
0= „(Eo Е +3pg R), (1)
R2 г 2 где r, R — радиусы капилляра и капли соответственно, м; р- плотность исследуемой жидкости, кг/м;
g — напряженность гравитационного поля, м/с; оо= 8,85 10 " Ф/м — электрическая постоянная.
При воздействии электрического поля на жидкость она втягивается в капилляр и образует на его выходе сферическую каплю.
Условие отрыва капли от капилляра; где F>, Fg, Fo — действующие на каплю жидкости электростатическая, гравитационная и поверхностная силы соответственно.
Электростатическая сила, действующая на каплю жидкости, равна где S — площадь поверхности капли, м; г. S=4xR.
Гравитационная сила, действующая на каплю, равна
Fg = 4 л йз р g/3 . (4) Сила поверхностного натяжения, препятствующая отрыву сферической капли от капилляра, равна
55 где о- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
S> =лгг — площадь внутреннего сечения капилляра, м .
B формуле (5) предполагается, что отрыв капли происходит по внутреннему радиусу капилляра.
С учетом выражений (3) — (5) из условия (2) величину коэффициента поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле
0 = — (ео E + — рg R).
В, г 2
r 3
Из выражений (2) — (5) видно, что в случае слабого гравитационного поля или отсутствия его необходимо создание лишь более сильного электрического поля, чтобы осуществить формирование капли жидкости на выходе из капилляра и отрыв ее от капилл. ра. Таким образом, электрическое поле в случае слабых гравитационных полей, вплоть до полного их отсутствия, является определяющим фактором, обеспечивающим работоспособность предлагаемого способа в указанных условиях.
Аналогичным образом электрическое поле я вляется определяющим фактором при воздействии нэ высоковязкие жидкости, когда формирование капли лишь под действием гравитационных сил затруднено, а часто и практически невозможно.
На чертеже представлена схема реализации способа.
Необходимое количество исследуемой жидкости набирают в верхнюю емкость 1, выполненную из диэлектрического материала, на дне которой установлен электрод 2, а в дне емкости укреплен диэлектрический капилляр 3. Ускоряющий электрод 4 с небольшим отверстием для пролета капель установлен над нижней емкостью 5, служащей для сбора исследуемой жидкости. С помощью источника 6 высокого напряжения с плавно регулируемой величиной напряжения, значение которого определяется по киловольтметру 7, между электродами 3 и 4 создается электрическое поле, под действием которого жидкость втягивается в капилляр 3 и образует каплю на выходе капилляра. Электрическое поле увеличивают до момента отделения капли от среза капилляра, а радиус капли в этот момент фиксируют с помощью окулярного микроскопа 8, Подсветка при измерениях осуществляется осветителем 9. Зная радиус капилляра r, радиус капли R в момент ее отрыва от капилляра, величину напряжен1741020
40 ности электрического поля Е между электродами и плотность исследуемой жидкости
Р по формуле (1) определяют коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
Пример. Определение коэффициента поверхностного натяжения воды.
Измерения проводят при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 С в поле тяжести Земли при g = 9,81 м/с .
Значение высокого напряжения, подаваемого на электроды, плавно изменяют от О до
10 кВ и измеряют с помощью электростатического киловольтметра типа С-196. Для измерения диаметра капли используют окулярный микроскоп и осветитель для оптической скамьи 0СК-2. Диаметр капилляра при измерениях составлял 0,36 мм. Измерения проводят при различных межэлектродных расстояниях Н. Результаты измерений представлены в таблице. Там же приведены значения коэффициента поверхностного натяжения а, рассчитанные по формуле (1), Табличное значение коэффициента поверхностного натяжения при аналогичных условиях, в которых осуществлялись измеоения, составляет величину порядка 73 10 Н/м.
Расхождение среднего значения результатов измерений асс справочными данными не более 1,5 .
Предлагаемый способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости может быть легко реализован на практике, он позволяет проводить измерения для жидкостей, обладающих высокой вязкостью, так как действие электрических сил в этом случае становится преобладающим над всеми другими силами, действующими при формировании капли жидкости.
Кроме того, при реализации данного способа не является принципиально необходимым гидростатическое поле становится основным фактором, ответственным за фор5 мирование капли жидкости. Следовательно, данный способ и устройство, его реализующее, могут работать в условиях слабых гравитационных полей, вплоть до невесомости.
10 Формула изобретения
Способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в капле, выдавливаемой из
15 капилляра, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области использования способа и его упрощения, максимальное давление создают с помощью сил электрического поля, при этом в момент отрыва
20 капли от среза капилляра измеряют величину .напряженности электрического поля и . радиус капли, а искомую величину поверхностного натяжения оопределяют по формуле
o — (cî Е + — pg R), г 2
r 3 где r, R — радиусы капилляра и капли жидко30 сти в момент отрыва капли от капилляра соответственно, м; р- плотность жидкости, кг/м;
g — напряженность гравитационного поля, м/с;
Š— напряженность электрического поля в момент отрыва капли от капилляра, Вlм; о = 8,85. 10 Ф/м — диэлектрическая постоянная, 1741020
Составитель С.Зуев
Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор Н.Бучок
Заказ 2080 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
