Способ измерения поверхностного натяжения



Способ измерения поверхностного натяжения
Способ измерения поверхностного натяжения

 


Владельцы патента RU 2554637:

Акопян Сергей Александрович (RU)

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 области аналитической техники, а именно к способам и средствам измерений поверхностного и межфазного натяжения жидких сред.

Известно множество различных способов измерения поверхностного и межфазного натяжения жидкостей, используемых в фундаментальных исследованиях и для решения ряда практических задач [1, 2, 3]. Эти способы, за некоторым исключением, основаны на взаимодействии поверхности раздела жидкость-газ (или жидкость-жидкость) с поверхностью твердого тела, что вносит дополнительные погрешности и требует введения поправок в полученные результаты [1, 2, 3]. Исключение составляет лишь метод вращающейся капли [1, 2], пригодный только для измерения межфазного натяжения, и метод деформации поверхности жидкости струей воздуха [5] (прототип), трудно поддающийся стандартизации.

Известно также, что давление звукового излучения, действующее на границе раздела двух жидких или жидкой и газообразной сред, приводит к вспучиванию поверхности раздела (Рис.), величина (высота) которого связана, в том числе и с поверхностным (межфазным) натяжением [4].

Связь между максимальной высотой прогиба поверхности (h, при х=0), радиационным давлением (Pr) и поверхностным (межфазным) натяжением (σ) может быть получена из уравнения Лапласа в виде

где: r - радиус ультразвукового пучка,

ρ - плотность жидкости,

g - ускорение свободного падения,

К - функция Бесселя.

Откуда, при известном радиационном давлении, в звуковом пучке или интенсивности ультразвука, с которой радиационное давление связано, и величине максимальной (при х=0) высоты подъема жидкости во вспучивании, можно рассчитать поверхностное (межфазное) натяжение.

На практике не всегда с достаточной точностью удается измерить, например, радиус ультразвукового пучка, учесть ошибки, обусловленные динамическим давлением акустических течений, поэтому удобнее пользоваться относительным методом.

Заявленный способ предназначен для сравнительных (относительных) измерений поверхностного и межфазного натяжения жидкостей.

Указанный результат достигается измерением высоты вспучивания (h) свободной поверхности жидкости или межфазной поверхности несмешивающихся жидкостей (Рис) под действием генерируемого излучателем 1 ультразвукового пучка, направление распространения которого указано стрелкой, и сравнением полученного значения высоты вспучивания с соответствующими значениями градуировочной кривой, построенной заявленным способом по результатам измерений жидкостей с известными значениями поверхностного или межфазного натяжения в аналогичных условиях при тех же параметрах ультразвукового поля.

Способ осуществляется следующим образом (примеры).

1. В круглую кювету, дном центральной части которой является излучатель ультразвука, диаметром r наливают исследуемую жидкость до определенного уровня, включают ультразвук с фиксированной интенсивностью, достаточной для появления на поверхности жидкости вспучивания, но не превышающей значений, при которых сферичность вспучивания начинает заметно нарушаться и превращаться в ультразвуковой фонтан, измеряют доступными средствами (катетометром, например) высоту вспучивания и определяют поверхностное натяжение исследуемой жидкости по градуировочной кривой, заранее построенной при тех же условиях, на жидкостях с известным поверхностным натяжением.

2. В круглую кювету, дном центральной части которой является излучатель ультразвука, диаметром r наливают до определенного уровня исследуемые несмешивающиеся жидкости, межфазное натяжение между которыми требуется измерить, включают ультразвук с фиксированной интенсивностью, достаточной для появления на межфазной поверхности вспучивания, но не превышающей значений, при которых сферичность вспучивания начинает заметно нарушаться, измеряют доступными средствами (катетометром, например) высоту вспучивания и определяют межфазное натяжение исследуемых жидкостей по градуировочной кривой, заранее построенной при тех же условиях, на жидкостях с известным межфазным натяжением.

Приведенные примеры, которые, однако, не носят ограничительного характера, демонстрируют технику измерения поверхностного и межфазного натяжения заявленным способом, а совокупность отличительных признаков описываемого заявленного способа обеспечивает и подтверждает возможность реализации заявляемого способа с получением вышеуказанного результата.

В результате проведенного анализа уровня техники измерения поверхностного и межфазного натяжения, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа, не обнаружен, следовательно, заявленный способ соответствует условию "новизна".

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленный способ не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобрана совокупность технических средств и условий, обеспечивающих достижение заявленного результата. Следовательно, заявленный способ соответствует условию "изобретательский уровень".

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его реализации с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленный способ соответствует условию "промышленная применимость".

Литература

1. Химическая энциклопедия. Поверхностное натяжение. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия, 1992, т.3. с.589-590.

2. Физическая энциклопедия. Поверхностное натяжение. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия, 1992, т.3. с.648-649.

3. Thiessen D.В., Kin F. Man. "Surface Tension Measurement." CRC Press LLC. 2000, 13p.

4. Агранат Б.А., Дубровин M.H., Хавский, Эскин Г.И. Основы физики и техники ультразвука. М.: «Высшая школа», 1987, 352 с.

5. Мордасов М.М., Гализдра В.И., Корнеева Е.И. Способ измерения поверхностного натяжения. Патент RU 2205380, 2003.

Способ измерения поверхностного натяжения, включающий формирование вспучивания на межфазной поверхности жидкость-газ или жидкость-жидкость, отличающийся тем, что вспучивание обеспечивается воздействием ультразвукового радиационного давления, а по его высоте судят о величине межфазного натяжения.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к области исследования поверхностных явлений и предназначено для надежного определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей σ21.

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.

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 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