Способ определения поверхностного натяжения жидкости

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, -заключающийся в приведении вертикальн.ого стержня в соприкосновение с жидкостью и измерении силы, действующей на стержень, отлича.ющийс я тем, что, с целью упрощения способа. и повышения его экспрессности путем исклю 1ения необходимости независчмого определения кра евого угла смачивания , регистрируют зависимость силы, действующей на стержень ,от величины вертикального перемещения стержня после его соприкосновения с жидкостью , а поверхностное натяжение определяют по максимальному и минималь (Л ному значениям силы. . 00 ND bo 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l 9) SU (lI) 1 1 2 (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ф

И, " ЕС д юайлмоуь„

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГТИЙ (21) 3726450/24-25 (22) 13.04 ° 84 (46) 30.09.85. Бюл. Р 36 (72) Ю.А . Минаев, N.Н. Чурюканова, . С.Б. Фадеев, Д.В. Колбасов и В.Н. Аверкин (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов (53) 532.64(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 431427, кл. G 01 N 13/02, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Р. 494661, кл. С 01. N 13/02, 1974.

Адамсон А. Физическая химия поверхностей.М,: Мир, 1979, с. 26-27.: (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, .заключающийся в приведении вертикального

Ю стержня в соприкосновение с жидко-. стью и измерении силы, действующей на стержень, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его экспрессности путем исключения необходимости независимого определения краевого угла смачивания; регистрируют зависимость силы, действующей на стержень,от величины вертикального перемещения стержня после его соприкосновения с жидкоO стью, а поверхностное натяжение опре- @ деляют по максимальному и минимальному значениям силы.

° боковой 3 поверхностями, соединенный посредством штока 4 с датчиком силы

1 1182

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения на границе жидкость-газ, жидкость-жидкость, а также для определения краевых углов смачивания твердых .тел.

Цель изобретения — упрощение способа и повышение его экспрессности путем исключения необходимости неза- 10 висимого определения краевого угла смачивания материала стержня исследуемой жидкостью.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет одновременно определять 15 краевой угол смачивания.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения поверхностного натяжения, на фиг. 2 — графическая зависимость силы, действующей на 20 зонд из парафина при его соприкосновении с водой от расстояния.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В моментсоприкосновения торцазон- 25 да и жидкости происходит растекание жидкости по торцу и формирование на нем мениска. Максимальное значение силы, действующей на торец с периметром P и углом смачивания 8, опреде- 30 ляется уравнением где Й вЂ” поверхностное, межфазное 35 натяжение.

Для перехода мениска на боковую поверхность, плоскость которой перпендикулярна торцу, и установления его равновесной формы необходимо переме- 40 щение зонда по направлению к жидкости. После установления равновесного значения мениска (для углов натекания 9 > 45 ) устанавливается минимальо ное значение силы, действующей на зонд 2 =6. . соз 8. (2)

Погружение зонда в жидкость после установления равновесной формы менис-50 ка на боковой поверхности не приводит к изменению капиллярных сил, действующих на зонд. После установления равновесного положения мениска изменение (уменьшение) силы обусловливается только действием силы Архимеда. Это приводит к изменению угла наклона прямой в координатах сила-пе338 2 ремещение. Следовательно, установление равновесного мениска и величину силы 1 можно определить по изменению угла наклона прямых в координатах сила — перемещение.

Из уравнений (1) и (2). легко находим как величину краевого угла смачивания, так и поверхностное натяжение

Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя зонд

1, изготовленный из твердого вещества с соизмеримой торцовой 2 и

5, расположенным в верхнем измери— тельном блоке 6. Между этим блоком и печью 7 установлены датчик расстояния 8. Выходы датчиков силы и расстояния через усилитель 9 соединены с двухкоординатным графопостроителем 10, записывающим зависимость силы, действуЮщей на зонд, от перемещения зонда относительно поверхности жидкости, расположенной в тигле 11,. которое задается микровинтом. В качестве датчиков силы и расстояния применяют тензорезисторы, наклеенные на упругие пластинки из берилиевой бронзы. В установке использованы серийные приборы следующих типов:

"Гранат", двухкоординатный графопостроитель "Н-306". Зонд 1 и тигель

11 с исследуемой жидкостью помещены в вакуумную камеру 12.

Измерение производят следующим образом.

Исследуемый материал помещают в тигель 11, расположенный внутри нагревателя печи 7, откачивают воздух и нагревают до заданной температуры. После установления нулевого уровня отсчета силы 1„(собственный вес зонда) приводят зонд 1 в соприкосновение с расплавом путем перемещения с помощью винта и производят запись значений силы в зависимости от перемещения на графопостроителе 10. В точке"а"происходит касание торцом стержня поверхности жидкости, и сила, действующая на стержень, увеличивается до максимального значения 1» =1

1182338 4 нии зонда графопостроитель фиксирует смену направления действия силы выталкивания зонда из жидкости (фиг.2) и изменение силы до минимального значения на величину 1

= 46,83 ° 10 Н. к Расчет по приведенным формулам (3) и (4) дает 8 = 171, межфазное натяжение б = 44,45 мДж/м

- 10 Известное табличное значение сося ставляет 44,02 мДж/м ъ о . Пример 2. Измерение межфазного натяжения в оптически непрозрачных средах между расслаивающнми-!5 ся жидкостями в системе At-Рв.

Для измерения межфазного натяжеа- ния между жидкостями согласно предлагаемому способу использовали зонд из

Ag 0 диаметром 3,75 мм и высотой .20 16,0 мм. В тигель из Af Оэ диаметром

24 мм и высотой 45 мм помещали равные количества свинца и алюминия (по

15 г) иэ расчета получить слои жидкого расплава толщиной около 8 мм 25 для обеспечения достаточной точности при одновременном измерении плотности.

После включения регистрирующей аппаратуры и установления температуры о

970 опускали зонд в верхний расплав с помощью электродвигателя, вращающего микровинт с постоянной скоростью .

2 об/мин. Момент касания зондом расплава фиксируется на графопостроителе в виде уменьшения силы, что отвечает случаю полного несмачивания иэ- . за наличия окисной пленки. При дальнейшем опускании зонда в расплав фиксируем уменьшение силы с постоян40 ным угловым коэффициентом за счет действия силы Архимеда.

Перемещения стержня в этот момент практически не происходит. Перемещение стержня с помощью микровинта по направлению к жидкости в точке "б" сначала не приводит к изменению действующей силы (небольшое плато).

Это свидетельствует о том, что менис вышел на периметр торца зонда и начи нается переход мениска на боковую по верхность. Затем в процессе перемеще ния зонда действующая сила уменьшает с одинаковым угловым коэффициентом д точки "в", за которой снова следует небольшое плато. Зто свидетельствует об установлении равновесной формы ме ниска. Точка "в определяет минималь ное значение силы1»,;„, связанной с к пиллярными эффектами. Здесь 1

- . °

Дальнейшее перемещение зонда приводит к уменьшению силы, однако с другим коэффициентом (участок в-2), определяемой силой Архимеда, по которой можно рассчитать плотность жид кости. Здесь установление равновесно

ro мениска и минимального значения силы определяем по изменению угла. наклона прямых в координатах сила— перемещение.

Предлагаемый способ был проверен на системах СС f -Н О,А&Рв в области расслаивания при температурах 970.1070 С.

Пример 1. Измерение межфазкого натяжения на границе раздела фаз с помощью предлагаемого устройства использовали зонд, выполненный из стекла в виде цилиндра диаметром

4,25 мм и высотой 20 мм. В кювету наливали 50 мл Н20 и 30 мн CCf4, что обеспечивало высоту слоев 10 и

6 мм соответственно.

После включения регистрирующей аппаратуры и установления температуры 26 С опускали зонд в верхний -45 водный слой и продвигали его по направлению к границе раздела фаз путем вращения микровинта с помощью электродвигателя со скоростью

2 об/мин. Значение силы, зафиксиро- . 50 ванное прибором до момента .касания зондом границы фаз,принимаем за нулевой уровень отсчета силы 1 . В момент касания зондом границы Н 0-ССФ графоПостроитель фиксировал увеличе- 55 ние силы до максимального значения скачком на величину 1, = та» о =

7,81 ° 10 Н. При дальнейшем движеЗначение силы, зафиксированное прибором до момента касания зондом границы раздела фаз, принимаем sa нулевой уровень отсчета силы1 . В момент касания зондом границы расплавов графопостроитель фиксировал увеличение силы до максимального значения скачком на величину 1, =1 „-1

-ъ ша» о

= 2,455 10 Н. При дальнейшем движении зонда графопостроитель фиксирует смену направления действия силы и изменение ее до минимального значения на величину 1 =1 „-1 ;„=2,793 10 Н.

Расчет по приведенным формулам (3) о и (4) дает 8 = 132, межфазное натяжение d =,282 мДж/м .

Составитель А. Кощеев

Техред А.Бабинец

Корректор E. Сирохман

Редактор В. Ковтун

Заказ 6095/39

Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1182338 6:

Аналогичный порядок измерения со- чив 8 = 131 и < = 252 мДж/м, и при

О о храняли при температурах 1020 С,полу- 1070 C,ïîëó÷èâ р =126 и б =233 мдж/м