RU2034266C1 - Способ определения поверхностного натяжения жидкостей - Google Patents
Способ определения поверхностного натяжения жидкостей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034266C1 RU2034266C1 SU4938163A RU2034266C1 RU 2034266 C1 RU2034266 C1 RU 2034266C1 SU 4938163 A SU4938163 A SU 4938163A RU 2034266 C1 RU2034266 C1 RU 2034266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surface tension
- conical tip
- droplet
- formation
- drop
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Использование: определение поверхностного натяжения жидкостей. Сущность: формируют каплю исследуемой жидкости на подогреваемом коническом наконечнике с углом 2φ раствора конуса до 10°, измеряют высоту h начала формирования капли от вершины конусного наконечника, значение поверхностного натяжения s определяют по формуле , где G - ускорение силы тяжести, см/с2 ; h - высота начала формирования капли, см; ρж - плотность жидкости, см/с3 ; ρc - плотность окружающей среды, см/с3 ; 2φ - угол раствора конуса, град. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам определения поверхностного натяжения чистых жидкостей и растворов поверхностно-активных веществ, и может найти применение для непрерывного исследования временной зависимости поверхностного натяжения жидкостей в лабора- торных условиях, а также при осуществлении процессов, нуждающихся в экспресс-методе оценки значений поверхностного натяжения, например, в распылительной технике.
Известны способы определения поверхностного натяжения σ жидкостей [1]
Известен также способ измерения поверхностного натяжения жидкости, согласно которому каплю исследуемой жидкости формируют из конца вертикальной трубки, помещенной в термостатическую камеру, при медленной скорости подачи жидкости (квазистатически), фотографируют ее при достижении системой гидродинамического равновесия, по фотоснимку висящей капли при увеличении последнего измеряют либо объем и радиус капли в плоскости изгиба образующей ее профиля, либо диаметры капли в экваторе и в плоскости, находящейся на расстоянии, равном экваториальному диаметру от вершины капли в зависимости от выбора дальнейшего метода расчета. По данным, полученным в результате измерений, и пользуясь соответствующей таблицей необходимых коэффициентов, по известным формулам находят значение поверхностного натяжения исследуемой жидкости [2]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения поверхностного натяжения жидкости, в процессе которого каплю формируют квазистатически на коническом наконечнике, фотографируют ее, по фотографии висящей капли при увеличении фотоснимка измеряют расстояние от вершины конусного наконечника до образующей профиля капли в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Значение поверхностного натяжения вычисляют как функцию от безразмерного комплекса, являющегося отношением экспериментального и теоретического значений координат профиля капли. Угол раствора конуса для осуществления этого способа выбирается в пределах от 60о и выше [3]
Необходимость осуществления способа в термостатической камере, использование виброоснования с необходимостью тщательного горизонтирования, применение специальных оптических устройств (фотокамера и дешифратор), необходимость сложных измерений и вычислений делают способ достаточно длительным, сложноосуществимым и дорогостоящим, а в случае необходимости быстрого определения величины σ практически неприемлемым.
Известен также способ измерения поверхностного натяжения жидкости, согласно которому каплю исследуемой жидкости формируют из конца вертикальной трубки, помещенной в термостатическую камеру, при медленной скорости подачи жидкости (квазистатически), фотографируют ее при достижении системой гидродинамического равновесия, по фотоснимку висящей капли при увеличении последнего измеряют либо объем и радиус капли в плоскости изгиба образующей ее профиля, либо диаметры капли в экваторе и в плоскости, находящейся на расстоянии, равном экваториальному диаметру от вершины капли в зависимости от выбора дальнейшего метода расчета. По данным, полученным в результате измерений, и пользуясь соответствующей таблицей необходимых коэффициентов, по известным формулам находят значение поверхностного натяжения исследуемой жидкости [2]
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения поверхностного натяжения жидкости, в процессе которого каплю формируют квазистатически на коническом наконечнике, фотографируют ее, по фотографии висящей капли при увеличении фотоснимка измеряют расстояние от вершины конусного наконечника до образующей профиля капли в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Значение поверхностного натяжения вычисляют как функцию от безразмерного комплекса, являющегося отношением экспериментального и теоретического значений координат профиля капли. Угол раствора конуса для осуществления этого способа выбирается в пределах от 60о и выше [3]
Необходимость осуществления способа в термостатической камере, использование виброоснования с необходимостью тщательного горизонтирования, применение специальных оптических устройств (фотокамера и дешифратор), необходимость сложных измерений и вычислений делают способ достаточно длительным, сложноосуществимым и дорогостоящим, а в случае необходимости быстрого определения величины σ практически неприемлемым.
Указанные недостатки обусловлены тем, что объектом измерений является профиль малой капли, очень чувствительный к изменениям температуры и вибрации, а точность расчетов зависит как от четкости полученных фотоизображений висящей капли, так и от соблюдения ее осевой симметрии.
Целью изобретения является упрощение и сокращение времени осуществления способа.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в квазистатическом формировании капли исследуемой жидкости на коническом наконечнике, измерении координат профиля капли и расчете значения поверхностного натяжения, каплю формируют на подогреваемом коническом наконечнике с углом раствора конуса до 10о, измеряют высоту начала формирования капли от вершины конусного наконечника, а значение поверхностного натяжения определяют по формуле
σ где σ поверхностное натяжение жидкости, дин/см;
g ускорение силы тяжести, см/с2;
h высота начала формирования капли, см;
ρж плотность жидкости, г/см3;
ρc плотность окружающей среды, г/см3;
2 φ угол раствора конуса, град.
σ где σ поверхностное натяжение жидкости, дин/см;
g ускорение силы тяжести, см/с2;
h высота начала формирования капли, см;
ρж плотность жидкости, г/см3;
ρc плотность окружающей среды, г/см3;
2 φ угол раствора конуса, град.
Кроме того, с целью повышения точности способа измерения проводят с помощью оптического измерителя длин.
Это позволяет уменьшить число экспериментально определяемых параметров до одного, что сокращает время проведения измерений и ошибку, зависящую от их точности, а также дает возможность снимать отсчет напрямую по установленной рядом с наконечником отсчетной шкале, что также сокращает время и не требует сложной фотоаппаратуры. Нагрев конического наконечника позволяет соблюдать температурный режим и отказаться от применения термостатической камеры. Использование оптического измерителя длин позволяет определять значение поверхностного натяжения с точностью до 0,5% Кроме того, на высоту начала формирования h не оказывает большого влияния вибрация и отклонение в горизонтальности, что позволяет сократить время настройки оборудования.
На чертеже изображена принципиальная схема аппаратурного оформления способа.
В основе предлагаемого способа определения поверхностного натяжения жидкостей лежит тот факт, что при квазистатическом формировании капли на коническом наконечнике капля начинает образовываться не на кончике конуса, а выше, причем высота начала ее формирования от вершины тем больше, чем меньше угол раствора конуса. По мере подвода жидкости нижний фронт поверхности капли опускается к вершине конического наконечника, а ее верхняя граница остается неизменной вплоть до начала неустойчивости системы и отрыва капли с наконечника. Равновесие капли на коническом наконечнике описывается математически системой уравнений, связывающих поверхностное натяжение σ разность плотностей исследуемой жидкости и окружающей среды (ρж-ρc) и высоту начала формирования капли от вершины наконечника h.
Способ определения поверхностного натяжения жидкостей осуществляется следующим образом. Нагревателем 1, объединенным с терморегулятором 2 и датчиком температуры окружающей среды 3, нагревают стержень 4 капельного устройства 5, компенсируя разницу теплоты между системой измерения и окружающей средой. Прецизионным задатчиком расхода жидкости 6 при обеспечении условия квазистатичности формируют каплю 7 на поверхности конического наконечника 8 капельного устройства 5. Измеряют с помощью оптического измерителя длин 9 по шкале 10 высоту h начала формирования капли от вершины наконечника 8, и значение поверхностного натяжения исследуемой жидкости σ рассчитывают по формуле
σ где σ ускорение силы тяжести;
ρж плотность исследуемой жидкости;
ρc плотность окружающей среды;
h высота начала формирования капли;
2 φ угол раствора конуса.
σ где σ ускорение силы тяжести;
ρж плотность исследуемой жидкости;
ρc плотность окружающей среды;
h высота начала формирования капли;
2 φ угол раствора конуса.
Ниже приводятся примеры осуществления способа и примеры, характеризующие выбор признаков, влияющих на достижение поставленной цели.
П р и м е р 1. Исследуемая жидкость дистиллированная вода при температуре окружающего воздуха tc=22оС.
Формирование капли производят на коническом наконечнике с углом раствора 2 φ2о.
Плотность исследуемой жидкости ρж0,998 г/см3.
Плотность воздуха ρc 0,001 г/см3.
Замеряют высоту начала формирования капли h от вершины конического наконечника с помощью оптического измерителя длин по установленной вертикально отсчетной шкале:
hизм=2,055 см.
hизм=2,055 см.
Искомое значение поверхностного натяжения:
σизм
σизм 72,36
Погрешность вычисления, δ
δ · 100% · 100% +0,3%
П р и м е р 2. Влияние выбора угла конусности наконечника на точность способа. Формирование капель в воздухе.
σизм
σизм 72,36
Погрешность вычисления, δ
δ · 100% · 100% +0,3%
П р и м е р 2. Влияние выбора угла конусности наконечника на точность способа. Формирование капель в воздухе.
Материал наконечника латунь (полное смачивание исследуемыми жидкостями).
Свойства исследуемых жидкостей при tс=22оС показаны в табл. 1.
Способ осуществляется на конусных наконечниках, угол раствора которых 2 φ2; до 10 и 15о.
Результаты вычислений приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, предлагаемый способ обеспечивает необходимую для экспресс-анализа точность измерения (до ±0,5%) при угле раствора конусного наконечника до 2 φ10о.
П р и м е р 3. Сравнительный анализ затрат времени на определение значения поверхностного натяжения по прототипу и предлагаемому способу показан в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что предлагаемый способ по быстроте осуществления значительно превосходит прототип.
Кроме того, необходимо отметить, что погрешность способа-прототипа равна:
δпрот.= δ1+δ2+δ3, где δ1 погрешность в измерении горизонтального расстояния до профиля капли;
δ2 погрешность в измерении вертикального расстояния до профиля капли;
δ3 погрешность табличных значений координат профиля.
δпрот.= δ1+δ2+δ3, где δ1 погрешность в измерении горизонтального расстояния до профиля капли;
δ2 погрешность в измерении вертикального расстояния до профиля капли;
δ3 погрешность табличных значений координат профиля.
Погрешность предлагаемого способа состоит лишь из погрешности в измерении высоты начала формирования капли, которая, в пределах допустимого, обеспечивается при использовании оптического измерителя длин с ценой деления 0,01 мм.
Как видно из приведенных выше примеров, способ обеспечивает необходимую для экспресс-анализа точность измерения (до ±0,5%), являясь одновременно более быстродейственным, не требующим сложного оборудования и дает возможность оптимально управлять различными технологическими процессами, в которых поверхностное натяжение на границе раздела фаз имеет важное значение.
Claims (2)
1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в квазистатическом формировании капли исследуемой жидкости на коническом наконечнике, измерении координат профиля капли и расчете значения поверхностного натяжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и сокращения времени осуществления, каплю формируют на подогреваемом коническом наконечнике с углом раствора конуса до 10o, измеряют высоту начала формирования капли от вершины конусного наконечника, а значение поверхностного натяжения σ определяют по формуле
где g ускорение силы тяжести, см/с2;
h высота начала формирования капли, см;
r* плотность жидкости, г/см3;
ρc плотность окружающей среды, г/см3;
φ угол раствора конуса, град.
где g ускорение силы тяжести, см/с2;
h высота начала формирования капли, см;
r* плотность жидкости, г/см3;
ρc плотность окружающей среды, г/см3;
φ угол раствора конуса, град.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, измерения проводят с помощью оптического измерителя длин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938163 RU2034266C1 (ru) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | Способ определения поверхностного натяжения жидкостей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4938163 RU2034266C1 (ru) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | Способ определения поверхностного натяжения жидкостей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034266C1 true RU2034266C1 (ru) | 1995-04-30 |
Family
ID=21575509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4938163 RU2034266C1 (ru) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | Способ определения поверхностного натяжения жидкостей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034266C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638376C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2017-12-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Стенд для исследования деформации капель аэродинамическими силами |
CN109916779A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-06-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于轴对称液滴轮廓曲线的表面张力测量方法 |
RU2747460C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-05-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" | Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости путем сравнительного анализа |
RU2748725C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" | Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом экспресс-анализа |
-
1991
- 1991-05-22 RU SU4938163 patent/RU2034266C1/ru active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Григорьев В.А. и Зорин В.М. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник. кн.2. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.488. * |
2. Andreas I.M. et al. Boundary Tension by Pendaut Drops - J.Phys.Chem, 1938, vol.42, p.1001. * |
3. Babu S.R. Determination of Surface Tension of Liquids Using Pendent Drop Profilesat Conical Tips - J.Phys.Chem, 1986, vol.90, p.4337. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2638376C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2017-12-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Стенд для исследования деформации капель аэродинамическими силами |
CN109916779A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-06-21 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于轴对称液滴轮廓曲线的表面张力测量方法 |
CN109916779B (zh) * | 2019-03-11 | 2021-07-13 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于轴对称液滴轮廓曲线的表面张力测量方法 |
RU2747460C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-05-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" | Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости путем сравнительного анализа |
RU2748725C1 (ru) * | 2020-09-14 | 2021-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Марийский государственный университет" | Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом экспресс-анализа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ubbelohde | The principle of the suspended level: applications to the measurement of viscosity and other properties of liquids | |
JP5622266B2 (ja) | 表面物性の測定方法及び測定装置 | |
Cho et al. | Non-Newtonian viscosity measurements in the intermediate shear rate range with the falling-ball viscometer | |
JPH06174624A (ja) | 液体の粘度を測定する方法および装置 | |
CN109253946A (zh) | 一种基于视频的透明液体变温粘带系数测量方法 | |
CN104132870A (zh) | 表面张力和表面面积粘性测定装置 | |
Fukuta et al. | A horizontal thermal gradient cloud condensation nucleus spectrometer | |
CN106680148A (zh) | 一种粘度测试装置及其测试方法 | |
CN109253945A (zh) | 一种基于视频的透明液体变温粘带系数测量装置 | |
US3048999A (en) | Method and device for measuring surface tensions and viscosities | |
US6684685B2 (en) | Liquid extrusion porosimeter and method | |
RU2034266C1 (ru) | Способ определения поверхностного натяжения жидкостей | |
RU2460987C1 (ru) | Способ определения коэффициента поверхностного натяжения и угла смачивания | |
Bloom et al. | Simultaneous measurement of vapor-liquid equilibria and latent heats of vaporization | |
Smith | Measurement of the molecular weight of polythene by ebulliometry | |
JPH08152396A (ja) | 表面張力測定方法及び表面張力計 | |
GB2265222A (en) | Measurement of interfacial surface tension | |
Enoksson | An improved osmotic balance | |
SU800831A1 (ru) | Способ определени поверхност-НОгО НАТ жЕНи жидКОСТЕй | |
Spalding | A simple manometer for use in measuring low air velocities | |
Thakral et al. | Analysis of accuracy of burette in determination of surface tension of liquids and study of its variation with detachment time and inclination angle | |
Resnick et al. | Plateau tank apparatus for the study of liquid bridges | |
Thorpe | XVIII.—The determination of the thermal expansion of liquids | |
Harangus et al. | Mass-Measurement-based Automatization of the Engler-Viscometer | |
Sariyerli et al. | The Automatization of Alignment System for Calibration of Hydrometers |