Использование: при изучении молекулярной физики, физики твердого тела, свойств жидкостей. Сущность изобретения: способ включает нанесение капли жидкости на поверхность твердого тела, измерение краевого угла у границы капли и определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости до и после воздействия физического фактора. В качестве твердого тела используют акустический волновод. Воздействие осуществляют путем возбуждения в волноводе низкочастотных ультразвуковых колебаний в режиме стоячей волны. Изменение коэффициента поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле: ![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
(cos![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
-cos
)
, где
коэффициент поверхностного натяжения жидкости до возбуждения ультразвуковых колебаний, q и ![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
краевой угол до и после возбуждения ультразвуковых колебаний соответственно. 4 ил.
Изобретение относится к средствам обучения и может быть использовано при изучении молекулярной физики, физики твердого тела, фазовых переходов, а также для изучения поверхностных явлений.
Известен способ определения краевого угла, заключающийся в формировании контакта жидкости с поверхностью прозрачной подложки, освещении пучком света, регистрации картины на экране, измерении параметра этой картины, по которому рассчитывают краевой угол [1] Известен способ измерения изменения коэффициента поверхностного натяжения жидкости при воздействии на нее физического фактора нагрева, включающий определение поверхностного натяжения жидкости до и после воздействия на нее конкретного параметра, определяющего нагрев, а именно температуры [2] Однако эти способы наглядно не демонстрируют физическую сущность изменения коэффициента поверхностного натяжения.
Технический результат изобретения состоит в повышении наглядности при демонстрации изменения коэффициента поверхностного натяжения при возбуждении упругих колебаний в волноводном тракте твердого тела.
Для этого в способе определения изменения коэффициента поверхностного натяжения жидкости на границе твердое тело жидкость, включающем нанесение капли жидкости на поверхность твердого тела, измерение краевого угла у границы капли и определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости до и после воздействия физического фактора, в качестве твердого тела используют акустический волновод, воздействие осуществляют путем возбуждения в волноводе низкочастотных ультразвуковых колебаний в режиме стоячей волны, изменение коэффициента поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
= (cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
'-cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
коэффициент поверхностного натяжения жидкости до возбуждения ультразвуковых колебаний;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
' кpаевой угол до и после возбуждения ультразвуковых колебаний соответственно.
Жидкость в виде капли наносят на поверхность волноводного тракта, сообщают ему ультразвуковые колебания низкочастотного диапазона с амплитудой колебания, устанавливаемой по возникновению кавитационных пузырьков в капле жидкости. В процессе регистрации поверхностного натяжения между каплей и волноводом фиксируется краевой угол у границы капли до возбуждения ультразвуковых колебаний с последующей его фиксацией при прохождении ультразвуковых колебаний, а затем по разности полученных косинусов углов определяют изменение коэффициента поверхностного натяжения.
На фиг. 1 схематично изображено устройство, демонстрирующее предлагаемый способ, и эпюра напряжения в волноводном тракте (волноводе); на фиг. 2 взаимное расположение экрана, волновода и источника освещения; на фиг. 3 капля воды при выключенном вибраторе; на фиг. 4 то же, при включенном вибраторе.
Устройство содержит двухполуволновой
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
1) волноводный тракт 1, который помещают в ультразвуковой вибратор 2. При возбуждении ультразвука в волноводе возникают изменения плотности. При возбуждении ультразвука в волноводе возникают изменения плотности. Риски X
o-X
3 наносят на волновод согласно эпюрам 3 напряжения. Риски наносят на волноводе сверху, чтобы не искажать наблюдаемую картину. При этом X
o торец волновода, X
1 наносится на расстоянии
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
/4 от торца волновода, X
2 на расстоянии
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
/2, X
3 на расстоянии 3
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
/4.
Перед началом работы помещают горизонтально на оптическую скамью 4 между экраном 5 и осветителем 6. В точке X
1 на волноводе размещают каплю 7 жидкости, смещенную центром тяжести в сторону точки X
2. Если поместить каплю точно в точку X
1, то она при включении вибратора 2 может начать смещаться в точку X
o. Зарисовывают на экране 5 положение капли 7. Включают ультразвуковой вибратор 2, при этом капля жидкости перемещается по волноводу 1 и останавливается в точке X
2, занимая положение 8. Снова зарисовывают на экране 5 положение капли. Снимают экран 5 и определяют краевой угол:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
в первом случае и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
' во втором. Определяют
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
.
Затем помещают каплю в точку X
3, смещенную центром тяжести в сторону точки X
2. Зарисовывают каплю в точке X
3, а затем после включения ультразвука и в точке X
2. Снова определяют
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
.
Известно, что cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
=(
т-
тж)
ж где
т коэффициент поверхностного натяжения твердого тела,
тж коэффициент поверхностного натяжения между твердым телом и жидкостью,
ж коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения между твердым телом и жидкостью
тж в процессе измерения меняется мало и в первом приближении этим измерением можно пренебречь. Тогда (cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
'-cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
)
ж=
т Так определяется изменение коэффициента поверхностного натяжения и достигается поставленная задача.
П р и м е р. Проводилось определение изменения коэффициента поверхностного натяжения. Был использован ультразвуковой генератор типа УРСК-7Н-18 с акустическим узлом. Материал волновода титан (сплав ОТ-5). Резонансная длина волноводного тракта при
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
1 (двухполуволновой тракт) равна l=235 мм. Риски наносят на расстояние l/4= 58,75 мм, l/2=116,5 мм и 3l/4=176,25 мм от торца волновода. Краевой угол
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
' равен 35
о, а угол
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
равен 55
о. Коэффициент поверхностного натяжения воды
ж равен 0,073 Н/м. Изменение поверхностного натяжения твердого тела
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
0,018 Н/м.
Предлагаемый способ позволяет определить изменение коэффициента поверхностного натяжения, что играет немаловажную роль при изучении молекулярной физики твердого тела, фазовых переходов и при демонстрации физической сущности поверхностных явлений.
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДОЕ ТЕЛО - ЖИДКОСТЬ, включающий нанесение капли жидкости на поверхность твердого тела, измерение краевого угла у границы капли и определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости до и после воздействия физического фактора, отличающийся тем, что в качестве твердого тела используют акустический волновод, воздействие осуществляют путем возбуждения в волноводе низкочастотных ультразвуковых колебаний в режиме стоячей волны, изменение коэ.ффициента поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
= (cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
-cos
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
, где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
- коэффициент поверхностного натяжения жидкости до возбуждения ультразвуковых колебаний;
q и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
- краевой угол до и после возбуждения ультразвуковых колебаний соответственно.
РИСУНКИ
Рисунок 1,
Рисунок 2,
Рисунок 3,
Рисунок 4