Способ определения физических параметров воды



Способ определения физических параметров воды

 


Владельцы патента RU 2539905:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения физических характеристик φв - угла внутреннего трения и удельного сцепления - св воды с жидкокристаллической структурой. По зависимости h п л = σ п л / γ в = α / γ в , где σпл - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и нормальном атмосферном давлении pатм.ср=1,033 кг/см2 окружающей среды, α - опытный справочный коэффициент, определяют толщину поверхностной пленки воды, удельное сцепление воды определяют как св=τ=γв·hпл=27,446 Па при hпл=27,978·10-4 м, а угол φв внутреннего трения воды определяют из зависимости tgφв=1-[св/(γв·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 сстр, МПа, и угол φстр внутреннего трения среды, отличающийся тем, что нормальное гравитационное (бытовое) давление на глубине h массива связной материальной среды определяют по зависимости pб=(γ·h-сстр)ctgφстр, МПа, связную материальную среду на глубине h<сстр/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 (pатм.ср=1,033 кг/см3=0,1014 МПа). Однако вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя (пленки) σпл.

Известен способ определения поверхностного натяжения поверхностного слоя (пленки) воды по зависимости σпл=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 σпл пленки воды определяют опытным путем [2].

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

Технический результат по способу определения удельного сцепления и угла φв внутреннего трения воды, заключающийся в том, что определяют температуру T°C воды при нормальном атмосферном давлении pатм.ср=1,033 кг/см2, удельный вес воды принимают γв=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 σ п л / γ в = α / γ в , где σпл, кг/см, - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и атмосферном давлении pатм.ср=1,033 кг/см2 окружающей среды, удельное сцепление воды при температуре T°C рассчитывают по зависимости и принимают равным cв=τ=γв·hпл=274,642·10-6 кг/см2=27,446 Па при hпл=27,978·10-4 м; а угол φв внутреннего трения воды по глубине H водоема определяют из зависимости tgφв=1-[cв/(γв·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 pб=(γв·h-cв)ctgφв=0 на водной глади образуется пленка толщиной pб=0, при (γв·h-cв=0), h=cвв, где cв - удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной h и воды в целом, то есть cв=τ-p·tgφ=τвв·h=ρвgh, то есть удельное сцепление воды определяется тангенциальным (касательным) напряжением натяжения ее поверхностной пленки cвв. Толщину пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного натяжения, уравновешенного атмосферным давлением, определяют по зависимости h п л σ п л / γ в = α / γ в . При γв=981 кг/м3 и α=σпл=0,00739 кг/м величина hпл=274,642·10-4 м, а удельное сцепление воды cвввhпл=274,642·10-6 кг/см2=27,446 Па (таблица 1, фиг.1).

Таблица 1
Физические характеристики воды по глубине H, при γв=981 кг/см3
Глубина воды H, см Угол внутреннего терния, φ° Коэффициент внутреннего терния, f=tgφ Удельное сцепление св, 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=сплвhплвh=γвh2=(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 pб=(γв·H-св)ctgφв. При удельном сцеплении воды св=274,642·10-6 кг/см2 на заданной глубине H водоема угол внутреннего трения будет равен φв=arctg[(γв·H-св)/pб], то есть tgφв=(γв·H-св)pб=1-св/(γв·H), так как гравитационное давление воды равно ее гидростатическому давлению pбв·H. При γв=981 кг/м3 и св=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=tgφв=1 с глубины H=св/[γв(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 φв=44,92°≈45° (таблица 1, фиг.1).

Впервые определены физические параметры угол φв внутреннего трения и удельное сцепление св 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

τв=pвtgφвв=pвtg45°+св=pвв=[(γвH-св)/tgφв]+сввH-свввH

или pввв·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 φв внутреннего трения воды, заключающийся в том, что определяют температуру T°C воды при нормальном атмосферном давлении pатм.ср=1,033 кг/см2, удельный вес воды принимают γв=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 σ п л / γ в = α / γ в , где σпл, кг/см - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и атмосферном давлении pатм.ср=1,033 кг/см2 окружающей среды, удельное сцепление воды при температуре T°C рассчитывают по зависимости и принимают равным cв=τ=γв·hпл=274,642·10-6 кг/см2=27,446 Па при hпл=27,978·10-4 м; а угол φв внутреннего трения воды по глубине H водоема определяют из зависимости tgφв=1-[cв/(γв·H)] и для жидкокристаллической структуры воды коэффициент внутреннего трения принимают f=tg44,7°=0,99≈1 с глубины Н=28 см.



 

Похожие патенты:

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 заключается в том, что с момента начала плавления в сигнале фотоприемника каждого i-изображения определяют значение дисперсии σi и сравнивают с предварительно устанавливаемым пороговым значением, равным пороговому при температуре плавления tпл0. При этом в случае отклонения от порогового значения дисперсии на заданную величину сигнализируют об изменении неоднородности, например яркости, у изображений и наличии загрязнений образца. После чего уменьшают градиент температуры посредством регулировки мощности электропечи, при уменьшении неоднородности в течение заданного времени продолжают эксперимент, а при сохранении неоднородности его прекращают. Устройство содержит блоки сигнализации и определения дисперсии, компаратор, регулятор порога компаратора. При этом вход блока определения дисперсии подключен к выходу фотоприемника, его выход соединен с компьютером и одним из входов компаратора, другой вход компаратора соединен с выходом регулятора порога компаратора, а выход компаратора соединен с блоком сигнализации. Техническим результатом является оперативная оценка загрязнений образца, уменьшение субъективности решения о продолжении или прекращении экспериментов, расширение функциональных возможностей способа, обеспечение снижения квалификационных требований к экспериментатору. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

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.
Наверх