Способ определения физических параметров воды

Авторы патента:

G01N13/02 - исследование поверхностного натяжения жидкостей

Владельцы патента RU 2539905:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения физических характеристик φ_в - угла внутреннего трения и удельного сцепления - с_в воды с жидкокристаллической структурой. По зависимости $h_{п л} = \sqrt{σ_{п л} / γ_{в}} = \sqrt{α / γ_{в}}$ , где σ_пл - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и нормальном атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см² окружающей среды, α - опытный справочный коэффициент, определяют толщину поверхностной пленки воды, удельное сцепление воды определяют как с_в=τ=γ_в·h_пл=27,446 Па при h_пл=27,978·10^-4 м, а угол φ_в внутреннего трения воды определяют из зависимости tgφ_в=1-[с_в/(γ_в·H)] на заданной глубине H. Техническим результатом является создание способа определения физических характеристик угла внутреннего трения и удельного сцепления воды с жидкокристаллической структурой. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к физике контактного взаимодействия жидкокристаллической материальной среды - воды в условиях гравитационного воздействия.

Известен способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающийся в том, что от дневной поверхности устанавливают глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где γ=ρg, кг/см³ - удельный вес материальной среды, ρ - плотность среды, кг/м³, g - ускорение свободного падения, м/с², удельное структурное сцепление с_стр, МПа, и угол φ_стр внутреннего трения среды, отличающийся тем, что нормальное гравитационное (бытовое) давление на глубине h массива связной материальной среды определяют по зависимости p_б=(γ·h-с_стр)ctgφ_стр, МПа, связную материальную среду на глубине h<с_стр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной газовым атмосферным давлением планеты [1].

Чистую воду принято считать с позиций классической механики бессвязной средой, не обладающей внутренним трением и сцеплением (с=0, φ=0) при положительных температурах окружающей среды (T>0°C) и нормальном давлении (p_атм.ср=1,033 кг/см³=0,1014 МПа). Однако вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя (пленки) σ_пл.

Известен способ определения поверхностного натяжения поверхностного слоя (пленки) воды по зависимости σ_пл=P/l, которое определяют по силе P, приложенной к метрической единице прямолинейного участка границы поверхности воды по направлению касательной к жидкой поверхности при ее равновесии, причем при различных температурах T°C величину поверхностного натяжения σ_пл пленки воды определяют опытным путем [2].

Поверхностное натяжение воды обусловлено ее связностью, то есть вода должна характеризоваться физическими параметрами, присущими всем материальным средам - углом φ_в внутреннего трения и удельным сцеплением с_в. На сегодняшний день опытным путем определяют только ее коэффициент α поверхностного натяжения при заданной температуре. Так, при Т=0°C - справочный оптимальный коэффициент α=σ_пл=75,6·10^-3Н/м [2].

Технический результат по способу определения удельного сцепления и угла φ_в внутреннего трения воды, заключающийся в том, что определяют температуру T°C воды при нормальном атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см², удельный вес воды принимают γ_в=981 кг/м³, устанавливают толщину h поверхностного слоя пленки воды, отличающийся тем, что толщину растянутого поверхностного слоя пленки воды определяют по зависимости $h_{п л} \sqrt{σ_{п л} / γ_{в}} = \sqrt{α / γ_{в}},$ где σ_пл, кг/см, - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см² окружающей среды, удельное сцепление воды при температуре T°C рассчитывают по зависимости и принимают равным c_в=τ=γ_в·h_пл=274,642·10^-6 кг/см²=27,446 Па при h_пл=27,978·10^-4 м; а угол φ_в внутреннего трения воды по глубине H водоема определяют из зависимости tgφ_в=1-[c_в/(γ_в·H)] и для жидкокристаллической структуры воды коэффициент внутреннего трения принимают f=tg44,7°=0,99≈1 с глубины H=28 см.

Пример 1. При гравитационном давлении в материальной среде p_б=(γ_в·h-c_в)ctgφ_в=0 на водной глади образуется пленка толщиной p_б=0, при (γ_в·h-c_в=0), h=c_в/γ_в, где c_в - удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной h и воды в целом, то есть c_в=τ-p·tgφ=τ_в=γ_в·h=ρ_вgh, то есть удельное сцепление воды определяется тангенциальным (касательным) напряжением натяжения ее поверхностной пленки c_в=τ_в. Толщину пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного натяжения, уравновешенного атмосферным давлением, определяют по зависимости $h_{п л} \sqrt{σ_{п л} / γ_{в}} = \sqrt{α / γ_{в}} .$ При γ_в=981 кг/м³ и α=σ_пл=0,00739 кг/м величина h_пл=274,642·10^-4 м, а удельное сцепление воды c_в=τ_в=γ_вh_пл=274,642·10^-6кг/см²=27,446 Па (таблица 1, фиг.1).

Таблица 1
Физические характеристики воды по глубине H, при γ_в=981 кг/см³
Глубина воды H, см	Угол внутреннего терния, φ°	Коэффициент внутреннего терния, f=tgφ	Удельное сцепление с_в, Па
0,2796	0	0	0
0,3068	5	0,875	27,446
0,33989	10	0,1763
0,38243	15	0,2680
0,44017	20	0,3640
0,52457	25	0,4663
0,6239	30	0,5774
0,93385	35	0,7002
1,74	40	0,8391
2,1418	41	0,8693
2,811	42	0,9004
8,1594	44	0,9657
80,343	44,9	0,9965
100	44,92	0,9972
802,17	44,99	0,9965
8020,4	44,999	1
80203	44,9999	1
8,0202 км	44,99999	1

Коэффициент поверхностного натяжения водной глади (при заданной температуре) α=с_пл=τ_вh_пл=с_вh=γ_вh²=(981 кг/м³)·(27,978·10^-4 м)²=76,79·10^-4 кг/м=75,33·10^-3 Н/м. При T=0°C справочный опытный коэффициент поверхностного натяжения воды равен α=75,6·10^-3 Н/м [2].

Пример 2. Гравитационное (бытовое) давление воды по глубине H водоема составляет величину p_б=(γ_в·H-с_в)ctgφ_в. При удельном сцеплении воды с_в=274,642·10^-6 кг/см² на заданной глубине H водоема угол внутреннего трения будет равен φ_в=arctg[(γ_в·H-с_в)/p_б], то есть tgφ_в=(γ_в·H-с_в)p_б=1-с_в/(γ_в·H), так как гравитационное давление воды равно ее гидростатическому давлению p_б=γ_в·H. При γ_в=981 кг/м³ и с_в=274,642·10^-6 кг/см² вода становится под давлением собственного веса структурированной жидкокристаллической с углом внутреннего трения φ=44,99999°=45° и коэффициентом внутреннего трения f=tgφ_в=1 с глубины H=с_в/[γ_в(1-tg44,99999°)]=274,642·10^-6/[981·10^-6(1-tgφ)}=802027,3 см=8,02 км, например, в Марианской впадине. Практически с глубины H=1 м величина φ_в=44,92°≈45° (таблица 1, фиг.1).

Впервые определены физические параметры угол φ_в внутреннего трения и удельное сцепление с_в воды по глубине водоема, ранее считавшиеся отсутствующими. Угол внутреннего трения воды растет с глубиной и становится равным φ=45° (практически с глубины H=1 м), это объясняет равенство нормального и тангенциального давления на глубине воды

τ_в=p_вtgφ_в+с_в=p_вtg45°+с_в=p_в+с_в=[(γ_вH-с_в)/tgφ_в]+с_в=γ_вH-с_в+с_в=γ_вH

или p_в=τ_в=γ_в·H, то есть нормальное давление становится всесторонним, что подтверждается экспериментально.

Источники информации

1. Заявка на патент №2013135028/(052474)

«Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды» от «25» июля 2013 г.

2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике / Изд-е 5, перераб. и доп. - «Наука», 1972. - с.84.

Способ определения удельного сцепления и угла φ_в внутреннего трения воды, заключающийся в том, что определяют температуру T°C воды при нормальном атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см², удельный вес воды принимают γ_в=981 кг/м³, устанавливают толщину h поверхностного слоя пленки воды, отличающийся тем, что толщину растянутого поверхностного слоя пленки воды определяют по зависимости $h_{п л} \sqrt{σ_{п л} / γ_{в}} = \sqrt{α / γ_{в}},$ где σ_пл, кг/см - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см² окружающей среды, удельное сцепление воды при температуре T°C рассчитывают по зависимости и принимают равным c_в=τ=γ_в·h_пл=274,642·10^-6 кг/см²=27,446 Па при h_пл=27,978·10^-4 м; а угол φ_в внутреннего трения воды по глубине H водоема определяют из зависимости tgφ_в=1-[c_в/(γ_в·H)] и для жидкокристаллической структуры воды коэффициент внутреннего трения принимают f=tg44,7°=0,99≈1 с глубины Н=28 см.

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности к определению физико-химических параметров многокомпонентных металлических расплавов методом геометрии «большой капли», т.е.

Способ определения дисперсности водогазовой смеси // 2522486

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения параметров мелкодисперсной водогазовой смеси перед закачкой в пласт.

Способ определения плотности металлических расплавов // 2517770

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических расплавов путем измерения плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии.

Прибор для совместного измерения поверхностного натяжения и работы выхода электрона жидкометаллических систем с участием компонентов с высокой упругостью насыщенного пара металлов и сплавов // 2511277

Изобретение относится к приборам для исследования температурных и концентрационных зависимостей поверхностных свойств металлических расплавов с участием компонентов с высокой упругостью пара и может найти широкое применение в научно-исследовательской практике по физике, физической химии, материаловедении, металлургии легкоплавких металлов, заводских лабораториях и т.д.

Способ оценки состояния легочного сурфактанта // 2500347

Изобретение относится к медицине, а именно к пульмонологии, и может быть использовано для оценки состояния легочного сурфактанта. Для этого собирают компоненты легочного сурфактанта путем барботации выдыхаемого воздуха через слой изотонического физиологического раствора, расположенного в стеклянной бюретке и лотке барьерной системы Ленгмюра.

Способ определения концентрации и идентификации поверхностно-активных веществ в водных растворах // 2469291

Изобретение относится к области физических измерений. .

Способ определения коэффициента поверхностного натяжения и угла смачивания // 2460987

Изобретение относится к области поверхностных явлений в технологии вязкотекучих жидкостей и может использоваться в измерительной технике для прецизионного определения коэффициента поверхностного натяжения различных жидкостей, в том числе высокотемпературных расплавов, и измерения угла смачивания.

Способ определения плотности высокотемпературных металлических расплавов (варианты) // 2459194

Способ определения поверхностного натяжения жидкости // 2431822

Изобретение относится к области технических измерений, в частности к способам определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, и может быть использовано при изучении процессов проникновения жидкостей в поры и их вытеснения из пор, что, в свою очередь, играет важную роль при интенсификации процессов пропитки, фильтрации, сушки и т.д.

Способ и устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей // 2416090

Изобретение относится к способу и устройству для измерения поверхностного натяжения жидкостей по принципу максимального давления пузырька. .

Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей методом "растекания" // 2545333

Изобретение относится к области исследования поверхностных явлений и предназначено для надежного определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей σ21. Под этим коэффициентом понимается поверхностное натяжение жидкости (2) на границе с ее паром (1) или другим газом. Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом «растекания» включает определение толщины равновесного слоя растекшейся жидкости. Также способ включает определение сил гидростатического давления и определение силы поверхностного натяжения на границе между жидкостью и твердой подложкой - силы межфазного натяжения. При этом дополнительно выполняют определение коэффициента межфазного натяжения между конкретной подложкой и исследуемой жидкостью. После чего определяют коэффициент поверхностного натяжения жидкости посредством использования уравнений по формулам: для случая полного смачивания , для случая полного несмачивания , где ρ - плотность исследуемой жидкости; g - ускорение свободного падения; h - толщина равновесного слоя растекшейся жидкости; σ32 - коэффициент межфазного натяжения в системе «материал подложки - исследуемая жидкость»; σ21 - коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости. Техническим результатом является получение достоверных значений коэффициента поверхностного натяжения основных жидкостей.

Способ определения поверхностного натяжения жидкости капиллярным методом // 2547003

Изобретение относится к области поверхностных явлений и предназначено для достоверного определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей σ21, под коэффициентом σ21 понимается поверхностное натяжение жидкости (2) на границе с ее паром (1) или другим газом. Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей включает измерение величины превышения равновесного уровня жидкости в капилляре над уровнем жидкости в широком сосуде при подъеме и при истечении. При этом измерение уровней превышения равновесного уровня жидкости в капилляре над уровнем жидкости в широком сосуде при подъеме и при истечении производят несколько раз, не извлекая полностью капилляр из жидкости. Далее выполняют определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по формуле: где h1 - среднее превышение равновесного уровня жидкости в капилляре при ее подъеме; h2 - среднее превышение равновесного уровня жидкости в капилляре при ее истечении; ρ - плотность жидкости; r - радиус капилляра; r0 - «радиус капиллярности» системы «материал капилляра - жидкость». Техническим результатом является достоверное определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости σ21 капиллярным методом.

Способ измерения поверхностного натяжения // 2554637

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений межфазного натяжения жидких сред. Для этого формируют вспучивания на межфазной поверхности жидкость-газ или жидкость-жидкость воздействием ультразвукового радиационного давления, и определяя максимальную высоту вспучивания, судят о величине поверхностного или межфазного натяжения. Техническим результатом является обеспечение возможности сравнительных измерений поверхностного и межфазного натяжения жидкостей. 1 ил.

Способ и устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов // 2561313

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических расплавов методом геометрии контура «большой лежащей капли», т.е. путем измерения плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии. Изобретение предназначено преимущественно для изучения легкоплавких сплавов с температурой плавления tпл меньше 700К÷1000К, не обеспечивающих свечения образца, например оловянно-свинцовых припоев. Способ отличается тем, что на штоке размещают отражатель, который располагают со стороны подложки с изучаемым образцом, противоположной фотоприемнику, преимущественно перпендикулярно горизонтальной оси штока; излучателем освещают образец, располагаемый на подложке, и отражатель, регулировкой излучателя добиваются равномерной максимальной контрастности контура образца на фоне отражателя. Устройство содержит подложку с образцом, которые находятся на штоке, расположенном в горизонтальной электропечи, фотоприемник с объективом, соединенный с компьютером, отличающееся тем, что в него введен отражатель, размещенный на штоке и выполненный в виде неплоской или плоской пластины из тугоплавкого металла, например молибдена. Технические решения обеспечивают, в частности, в температурном диапазоне до 700К÷1000К постоянную, равномерную и контрастную подсветку всего контура изучаемого образца с одновременным освещением передней полусферы поверхности изучаемого образца. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение уровня объективности, стабильности и достоверности определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ и устройство изучения плотности и/или поверхностного натяжения образца металлического сплава // 2570238

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физико-химических параметров металлических сплавов методом геометрии «большой капли», т. е. путем измерения параметров неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца сплава посредством фотометрической объемометрии. Способ основан на фотометрии капли расплавленного образца металлического сплава, находящегося на подложке, при нагреве и последующем охлаждении этой капли, при котором на подложку загружают образец металлического сплава. Затем подложку с образцом помещают в горизонтальную электропечь, нагревают, плавят и охлаждают данный образец, с начала плавления образца при температуре tпл0, при каждой из температур ti вплоть до заданной максимальной температуры tmax. Далее сигналы фотоприемника Ufi фиксируют в компьютере в виде i - изображений капли расплава, по силуэтам этих изображений вычисляют термозависимости плотности di(ti) и/или поверхностного натяжения σi(ti) капли образца металлического сплава. Причем в процессе охлаждения определяют разности модулей плотности di(ti) и/или поверхностного натяжения σi(ti) для каждой из температур ti термозависимостей при нагреве и охлаждении образца. Далее суммируют эти разности, при величине суммы Σ(Δi), превышающей погрешность δi на заданную величину, вырабатывают сигнал тревоги о загрязнении образца, результаты эксперимента аннулируют и осуществляют эксперимент с новым образцом металлического сплава. Устройство содержит фотоприемник, соединенный с компьютером. При этом в устройство дополнительно введены блоки сигнализации, синхронизации, вычитания, суммирования, компаратор и регулятор порога срабатывания компаратора. Первый и второй входы блока вычитания соединены с первым портом компьютера, вход блока синхронизации соединен со вторым портом компьютера. Выход блока синхронизации соединен с третьим входом блока вычитания и первым входом блока суммирования, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, выход блока суммирования соединен с одним из входов компаратора, другой вход компаратора соединен с выходом регулятора порога срабатывания компаратора, а выход компаратора соединен с блоком сигнализации. Техническим результатом является обеспечение возможности оперативной количественной индикации загрязнений образца металлического сплава при его изучении и снижения квалификационных требований к персоналу. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость-жидкость // 2574328

Изобретение относится к области технических измерений, в частности к способам определения поверхностного натяжения на границе органической и водной фаз гербицидных эмульсий. Способ определения поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкость-жидкость включает счет капель, вытекающих из сталагмометра. Причем счет капель органической фазы осуществляют при ее вытекании из сталагмометра отдельно в воду и отдельно в эмульсию, а поверхностное натяжение на границе водной и органической фаз - межфазное натяжение σж-ж (мН/м), рассчитывают по формуле: σж-ж=(σв-σорг.ф)·nв/nэм·ρорг.ф /ρв, где σв - поверхностное натяжение воды на границе с воздухом, равное 72,5 мН/м при 20°С; σорг.ф - поверхностное натяжение органической фазы на границе с воздухом, мН/м; nв - количество капель органической фазы, вытекающей в воду; nэм - количество капель органической фазы, вытекающей в эмульсию; ρорг.ф/ρв - отношение плотности органической фазы к плотности воды. Техническим результатом является повышение точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 12 пр., 1 табл.

Способ и устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения образца металлического сплава // 2582156

Способ определения поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы, находящейся в матрице // 2585514

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, более конкретно к установлению зависимости поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы сферической формы, находящейся в собственной двухкомпонентной матрице в зависимости от радиуса наночастицы и состава матрицы и наночастицы. Способ определения поверхностного натяжения двухкомпонентной наночастицы, находящейся в матрице, заключается в том, что сплав, содержащий наноразмерные частицы, находящиеся в равновесии с матрицей, подвергают количественному анализу, определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы. Техническим результатом является расширение интервала размера малых частиц определения поверхностного натяжения до нанометрового диапазона (единицы и десятки нанометров), находящихся в непосредственном контакте с материнской матрицей. 1 табл.

Способ и устройство для определения плотности и поверхностного натяжения металлических расплавов // 2613592

Изобретение относится к технической физике, а именно к определению физических параметров металлических расплавов методом геометрии «большой капли», а именно путем измерения геометрических характеристик силуэта лежащей на подложке эллипсовидной капли расплавленного образца посредством фотообъемометрии. Изобретение может быть использовано в исследованиях, на предприятиях промышленности, при выполнении лабораторных работ в вузах. Способ определения плотности и поверхностного натяжения металлических расплавов с использованием капельного образца расплава известной массы на подложке, которые закрепляют на одном из концов горизонтального регулируемого штока в электропечи, при котором осуществляют регулировку подложки и этого штока с использованием узла изменения положения подложки, на подложку загружают образец, включают измерительную установку, осуществляют нагрев и плавление образца, фотоспособом наблюдают и определяют посредством компьютера и расположенного вне электропечи фотоприемника изображение, в том числе силуэт капли образца расплава на подложке, по которому определяют объем, плотность и поверхностное натяжение капли. Причем при затекании шлаковых компонентов расплава на край подложки и/или маскировке этого края используют термостойкий шаблон, которому придают заданные форму и размеры его горизонтальных и вертикальных частей, соответствующие форме и размерам подложки, перед осуществлением нагрева и плавления образца шаблон размещают на подложке с загруженным на нее образцом, регулируют положение шаблона таким образом, чтобы на фотоизображении наблюдаемые верхние вертикальные части шаблона совпадали с вертикальными координатами верхнего края подложки, а верхние горизонтальные части шаблона были параллельны верхнему горизонтальному краю подложки, в качестве координат края подложки используют наблюдаемые на фотоизображении вертикальные части термостойкого шаблона, после чего продолжают последующие операции способа. Устройство отличается тем, что в него введен шаблон, который размещен на вышеуказанной подложке преимущественно в фокальной плоскости в виде проволочной рамки из тугоплавкого металла. Техническим результатом является уменьшение субъективности в проведении и результатах эксперимента, возможность не прерывать эксперимент и получение набора параметров фотоизображения, необходимых и достаточных для последующего определения плотности и поверхностного натяжения исследуемого металлического расплава при смещении капли и/или шлаков на край подложки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ и система для определения смачиваемости с пространственным разрешением // 2642896

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для прогнозирования добычи углеводородов из продуктивного пласта. Предложен способ, который позволяет осуществлять определение смачиваемости с пространственным разрешением для пористых или других материалов. Способ может представлять абсолютный способ количественного определения смачиваемости, который является способом с пространственным разрешением. Также предложена система для осуществления способа. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.