Модернизированное устройство для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул газа

Авторы патента:

Фролов Иван Михайлович (RU)

Бахмат Геннадий Викторович (RU)

Ветров Игорь Марсельевич (RU)

Пульдас Людмила Александровна (RU)

Шабаров Александр Борисович (RU)

G01N15/00 - Исследование свойств частиц; определение проницаемости, пористости или площади поверхности пористых материалов (идентификация микроорганизмов C12Q)

Владельцы патента RU 2629132:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области молекулярной физики и может использоваться для определения средней длины пробега и эффективного диаметра не только молекул воздуха, но и молекул других газов (кислород, азот, углекислый газ и др.) с соответствующими физическими поправками. Это достигается тем, что устройство дополнительно снабжено припаянным к средней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным трубчатым уровнемером с измерительной шкалой, отходящим от верхней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным вакуумным краном, припаянными к стеклянной монолитной пробке со шлифом горла тремя вращательными стеклянными «рожками», присоединенными последовательно и герметично к капилляру из нержавеющей стали гибким полимерным капилляром, стеклянным трубчатым тройником с тремя стеклянными вакуумными кранами и полимерной надуваемой-сдуваемой камерой со стеклянным вакуумным краном. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного устройства, заключается в повышении точности прецизионного визуального измерения уровня воды в стеклянном цилиндре. 2 ил.

Изобретение относится к области молекулярной физики, в которой изучаются строение и свойства веществ.

Известно устройство (Рис. 1) для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул воздуха, содержащее стеклянный цилиндрический сосуд 5, заполненный до проведения эксперимента на 4/5 объема дистиллированной водой 6, с присоединенным к нижней его части стеклянным краном 7 и с отходящим от верхней его части стеклянным конусообразным горлом 2, в которое герметично и прочно вставлена пробка 1 с капилляром 3, надежно закрепленным в пробке при помощи уплотнительной заливки; крепежное приспособление в виде металлического штатива, в лапке 4 которого закреплен стеклянный цилиндрический сосуд 5, а на его опорной ножке установлен мерный стеклянный стакан 9 для сбора сливаемой дистиллированной воды 8 из стеклянного цилиндрического сосуда 5 по его нижнему стеклянному крану 7 [1, 2, 3].

Основными недостатками прототипа (Рис. 1) являются:

1. Существенная погрешность (до 3-5%) при визуальном измерении уровня воды в цилиндре устройства.

2. Устройство предназначено только для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул воздуха, а для других газов не приспособлено.

Технический результат изобретения состоит в модернизации конструкции устройства для повышения точности прецизионного визуального измерения уровня воды в стеклянном цилиндре и использования устройства для определения средней длины пробега и эффективного диаметра не только молекул воздуха, но и молекул других газов (кислород, азот, углекислый газ и др.) с соответствующими физическими поправками.

Для достижения указанного технического результата модернизированное устройство для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул газа, содержащее стеклянный цилиндрический сосуд, заполненный до проведения эксперимента на 4/5 объема дистиллированной водой, с присоединенным к нижней его части стеклянным краном и с отходящим от верхней его части стеклянным конусообразным горлом, в которое герметично и прочно вставлена пробка с капилляром, надежно закрепленным в пробке при помощи уплотнительной заливки; крепежное приспособление в виде металлического штатива, в лапке которого закреплен стеклянный цилиндрический сосуд, а на его опорной ножке установлен мерный стеклянный стакан для сбора сливаемой дистиллированной воды из стеклянного цилиндрического сосуда по его нижнему стеклянному крану, снабжено припаянным к средней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным трубчатым уровнемером с измерительной шкалой, отходящим от верхней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным вакуумным краном, припаянными к стеклянной монолитной пробке со шлифом горла тремя вращательными стеклянными «рожками», присоединенными последовательно и герметично к капилляру из нержавеющей стали гибким полимерным капилляром, стеклянным трубчатым тройником с тремя стеклянными вакуумными кранами и полимерной надуваемой-сдуваемой камерой со стеклянным вакуумным краном.

На рис. 2 схематично изображено предлагаемое модернизированное устройство для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул газа. Модернизированное устройство для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул газа содержит стеклянный цилиндрический сосуд 5, заполненный до проведения эксперимента на 4/5 объема дистиллированной водой 6, с присоединенным к нижней его части стеклянным краном 7 и с отходящим от верхней его части стеклянным конусообразным горлом 2 со шлифом, в которое герметично и прочно вставлена стеклянная пробка 1 с капилляром 3 из нержавеющей стали, надежно закрепленным в пробке при помощи уплотнительной заливки 16 из эпоксидной смолы (герметик); крепежное приспособление в виде металлического штатива 4, 10, 12, 13, в лапке 4 которого закреплен стеклянный цилиндрический сосуд 5, а на его опорной ножке 10 установлен мерный стеклянный стакан 9 для сбора сливаемой дистиллированной воды 8 из стеклянного цилиндрического сосуда 5 по его нижнему стеклянному крану 7, припаянный к средней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда 5 стеклянный трубчатый уровнемер 11 с измерительной шкалой, отходящий от верхней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда 5 стеклянный вакуумный кран 14, припаянные к стеклянной монолитной пробке 1 горла 2 три вращательные стеклянные «рожка» 15, присоединенные последовательно и герметично к капилляру 3 гибкий полимерный капилляр 17, стеклянный трубчатый тройник 20 с тремя стеклянными вакуумными кранами 18, 19 и 21 и полимерную надуваемую-сдуваемую камеру 22 со стеклянным вакуумным краном 23.

Эксперимент на модернизированном устройстве для определения средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул газа (азот, кислород, аргон, углекислый газ и др.), кроме атмосферного воздуха, проводится следующим образом. Предварительно производится монтаж устройства на рабочем столе с ровной поверхностью в лаборатории при комнатной температуре. К стойке 12 штатива при помощи зажима 13 прикрепляется лапка 4. Цилиндр (сосуд) 5 внутренним объемом порядка 0,2-0,3 л закрепляется в лапке 4 штатива. Кран 7 устанавливается в положение «закрыто». Мерным стаканом 9 через открытое горло 2 в цилиндр 5 на 4/5 объема заливается дистиллированная вода 6. Держа за рожки 15 в горло 2 герметично вставляется пробка 1 со шлифом, смазанным вакуумной смазкой. По центру и насквозь в пробку 5 вставлен короткий капилляр 3 внутренним диаметром 0,3-0,6 мм и длиной 70-90 мм. В пробке 1 капилляр 3 прочно герметично закреплен при помощи заливки 16 из эпоксидной смолы (герметик). К капилляру 3 последовательно прочно и герметично присоединяются длинный полимерный капилляр 17 внутренним диаметром 0,3-0,6 мм и длиной 0,3-0,6 м, тройник 20 с тремя кранами 18,19 и 21, полимерная (резиновая, полиэтиленовая) камера 22 с краном 23. При помощи вакуумной резиновой трубки патрубок крана 19 присоединяется к газометру с исследуемым газом (кислород, азот, углекислый газ и др.). Кран 18 устанавливается в положение «закрыто». Краны 19, 21, 23 устанавливаются в положение «открыто». Из газометра по крану 19 в тройник 20, а затем в камеру 22 подается исследуемый газ. При этом в течении порядка одной минуты производится «промывка» тройника 20 и камеры 22 от остатков атмосферного воздуха, выводя их наружу через кран 23. Затем кран 23 устанавливается в положение «закрыто». Камера 22 заполняется исследуемым газом объемом порядка 0,5-0,6 л. Далее кран 19 устанавливается в положение «закрыто» и тем самым прекращается подача исследуемого газа из газометра в тройник 20. Кран 14 устанавливается в положение «открыто». При этом исследуемый газ из надутой камеры 22 под действием силы сжатия поступает по тройнику 20, капиллярам 17, 3 в цилиндр 5 и выходит наружу через кран 14. Из камеры 22 выходит наружу по крану 14 примерно половина объема газа и тем самым в течении порядка одной минуты производится «промывка» тройника 20, капилляров 17 и 3, сосуда 5 от остатков воздуха. Затем кран 14 устанавливается в положение «закрыто». На опорной металлической ножке 10 штатива по центру под краном 7 цилиндра 5 устанавливается предварительно взвешенный на электронных аналитических весах мерный стакан 9. В лабораторный журнал записывается показание уровнемера - высоты h₁ столба воды 6 в цилиндре 5. Открывается кран 7 и при помощи электронного (механического) секундомера засекается время (в секундах) слива воды 6 из цилиндра 5 в стакан 9. При достижении сливной воды 8 в стакане 9 порядка 75-100 см³ кран 7 устанавливается в положение «закрыто», а секундомер - в положение «стоп». В лабораторный журнал записывается показание уровнемера 11 - высота h₂ столба воды 6 в цилиндре 5. В лабораторный журнал также записываются показания давления атмосферного воздуха, температура воздуха, температура сливной воды 8 в стакане 9. Стакан 9 со сливной водой 8 взвешивается на электронных аналитических весах. По разнице веса стакана со сливной водой 8 и пустого стакана 9 определяется привес равный массе сливной воды 8 в стакане 9. Применяя справочную величину плотности воды при данной температуре с высокой точностью рассчитывается объем сливной воды 8 в стакане 9, результат которого записывается в лабораторный журнал.

После проведения эксперимента из цилиндра 5 через кран 7 вода 6 полностью сливается порциями в стакан 9, а из него вода 8 сливается в специальную емкость. Краны 19, 23 и 14 устанавливаются в положение «открыто». Далее производятся необходимые расчеты по физическим формулам для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул исследованного газа.

Для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул атмосферного воздуха эксперимент проводится следующим образом. Краны 7 и 14 цилиндра 5, кран 21 тройника 20 устанавливаются в положение «закрыто». Краны 18,19 тройника 20 устанавливаются в положение «открыто». Мерным стаканом 9 через открытое горло 2 в цилиндр 5 на 4/5 объема заливается дистиллированная вода 6. Держа за рожки 15 в горло 2 герметично вставляется пробка 1 со щлифом, смазанным вакуумной смазкой. На опорной металлической ножке 10 штатива по центру под краном 7 цилиндра 5 устанавливается предварительно взвешенный на электронных аналитических весах мерный стакан 9. В лабораторный журнал записывается показание уровнемера - высоты h₁ столба воды 6 в цилиндре 5. Открывается кран 7 и при помощи электронного (механического) секундомера засекается время (в секундах) слива воды 6 из цилиндра 5 в стакан 9. При достижении сливной воды 8 в стакане 9 порядка 75-100 см³ кран 7 устанавливается в положение «закрыто», а секундомер - в положение «стоп». В лабораторный журнал записывается показание уровнемера 11 - высота h₂ столба воды 6 в цилиндре 5. В лабораторный журнал также записываются показания давления атмосферного воздуха, температура воздуха, температура сливной воды 8 в стакане 9. Стакан 9 со сливной водой 8 взвешивается на электронных аналитических весах. По разнице веса стакана со сливной водой 8 и пустого стакана 9 определяется привес равный массе сливной воды 8 в стакане 9. Применяя справочную величину плотности воды при данной температуре с высокой точностью рассчитывается объем сливной воды 8 в стакане 9, результат которого записывается в лабораторный журнал.

Информационные источники

1. Самсонова Н.П., Ничипорук Л.С. Определение средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха // Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физика». Тюмень: Изд-во «РИО ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ», 2012 - С. 4-8.

2. Савельев И.В. Курс физики. T. l. М.: Изд-во «Наука», 1989 - 352 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Издательский центр «Академия», 2014 - С. 91-92.

Модернизированное устройство для определения средней длины пробега и эффективного диаметра молекул газа, содержащее стеклянный цилиндрический сосуд, заполненный до проведения эксперимента на 4/5 объема дистиллированной водой, с присоединенным к нижней его части стеклянным краном и с отходящим от верхней его части стеклянным конусообразным горлом, в которое герметично и прочно вставлена пробка с капилляром, надежно закрепленным в пробке при помощи уплотнительной заливки; крепежное приспособление в виде металлического штатива, в лапке которого закреплен стеклянный цилиндрический сосуд, а на его опорной ножке установлен мерный стеклянный стакан для сбора сливаемой дистиллированной воды из стеклянного цилиндрического сосуда по его нижнему стеклянному крану, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено припаянным к средней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным трубчатым уровнемером с измерительной шкалой, отходящим от верхней боковой части стеклянного цилиндрического сосуда стеклянным вакуумным краном, припаянными к стеклянной монолитной пробке со шлифом горла тремя вращательными стеклянными «рожками», присоединенными последовательно и герметично к капилляру из нержавеющей стали гибким полимерным капилляром, стеклянным трубчатым тройником с тремя стеклянными вакуумными кранами и полимерной надуваемой-сдуваемой камерой со стеклянным вакуумным краном.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений. Способ заключается в том, что для эксперимента используют экстрагированные и высушенные образцы керна, отобранные из одного продуктивного объекта.

Способ исследования проницаемости образцов керна с трещинами // 2620872

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при проектировании разработки нефтяных месторождений с трещиноватым типом коллектора, на которых используется система поддержки пластового давления (ППД) в виде нагнетания воды.

Способ исследования влияния кислотных обработок на свойства пород-коллекторов // 2620323

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при проектировании разработки нефтяных и газовых месторождений, на которых планируется применение кислотной обработки пласта и создание трещин гидроразрыва.

Измерительная ячейка дифференциального сканирующего калориметра // 2607265

Изобретение относится к области термопорометрии, в частности к устройствам для проведения измерений распределения размера пор пористых сред, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например нефтегазовой, химической и пищевой.

Способ определения фрактальной размерности границ зерен формовочного песка // 2574173

Изобретение относится к литейному производству, а именно к определению формы зерен формовочного песка на основе кварца, и может быть использовано при оценке состояния поверхности формовочного песка различных месторождений.

Способ исследования и интерпретации результатов исследования скважины // 2558549

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к определению исходных данных для проектирования разработки продуктивной залежи вмещающей, нефть с повышенным содержанием асфальтено-смолистых веществ, проявляющую неньютоновские свойства нелинейной вязкопластичной нефти.

Способ определения качества покрытий на изделиях, полученных обработкой давлением // 2558268

Изобретение относится к способам определения качества металлических разнофункциональных покрытий на изделиях, получаемых обработкой давлением. Способ определения качества покрытий на изделиях, получаемых обработкой давлением, заключается в том, что образец-свидетель перед подготовкой поверхности по ГОСТ 9.301.78 и нанесением покрытия на него подвергают осадке по схеме напряженно-деформированного состояния аналогично таковой для конкретного вида обработки давлением, при котором получено изделие.

Способ определения класса молочной линии доильной установки с молокопроводом // 2553646

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к машинному доению коров. Сначала каждую корову доят доильным аппаратом через счетчик молока.

Способ определения распределения и профиля загрязнителя в пористой среде // 2548930

Изобретение относится к способам анализа образцов пористых материалов. Для определения распределения и профиля проникшего загрязнителя в пористой среде приготовляют суспензию загрязнителя, содержащего по меньшей мере один твердый компонент и окрашенного по меньшей мере одним катионным красителем.

Способ и устройство для определения растворенного газа в нефти // 2541378

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения содержания растворенного газа, остающегося в нефти после сепарации, при различных давлениях и температурах в установках замера дебитов скважин.

Способ определения оптимального срока выполнения оперативного вмешательства после пролонгированной лучевой терапии при раке прямой кишки // 2639392

Изобретение относится к области медицины, в частности к онкологии, и предназначено для определения оптимального срока выполнения оперативного вмешательства после пролонгированной лучевой терапии при раке прямой кишки. В биопсийном материале опухоли прямой кишки до начала курса лучевой терапии и через 4 недели после ее окончания проводят ДНК-цитометрический анализ и определяют индекс пролиферации опухоли. Отличие индексов пролиферации в 1,3 раза и менее является показателем для окончания перерыва в лечении и выполнения операции. Отличие индексов пролиферации более чем в 1,3 раза является показателем для продления перерыва в лечении и выполнения операции через 6-8 недель после окончания курса лучевой терапии. Изобретение обеспечивает определение оптимального срока выполнения операции после окончания курса лучевой терапии и снижение затрат на лечение рака прямой кишки. 2 пр.

Системы и способы цифрового анализа горных пород с определением сэо многофазного потока // 2639727

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для моделирования многофазного потока текучей среды. Структура пор горных пород и других материалов может быть определена посредством микроскопии и подвержена цифровому моделированию для определения свойств потоков текучей среды, проходящих сквозь материал. Для экономии вычислительных ресурсов моделирование предпочтительно осуществляют на стандартном элементе объема (СЭО). В некоторых вариантах осуществления способа определение многофазного СЭО может быть выполнено путем выведения параметра, связанного с пористостью, из модели пор и матрицы материала; определения многофазного распределения внутри пор материала; разделения модели пор и матрицы на несколько моделей фаз и матрицы; и выведения параметра, связанного с пористостью, из каждой модели фаз и матрицы. Затем можно определить и проанализировать зависимость параметра от фазы и насыщения для выбора подходящего размера СЭО. Технический результат – повышение точности и достоверности получаемых данных. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых капиллярно-пористых материалах // 2643174

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Предложен способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях из капиллярно-пористых материалов, заключающийся в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя. Затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия дозой растворителя. Затем измеряют изменение во времени сигнала гальванического преобразователя на заданном расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют значения сигнала гальванического датчика в два момента времени и рассчитывают коэффициент диффузии. Причем измерение коэффициента диффузии осуществляют при условии достижения в эксперименте максимума сигнала гальванического преобразователя Еmax, составляющего 0,75-0,95 от максимально возможного значения данного сигнала Ее, соответствующего переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния. Фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов гальванического датчика Е1 и Е2 из диапазона (0,7-0,9)Eе соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой изменения сигнала во времени, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле: где r0 - расстояние между электродами гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия. Технический результат - повышение точности и быстродействия измерения коэффициента диффузии растворителей в листовых изделиях их капиллярно-пористых материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала необходимой длины // 2643530

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах. Технический результат - обеспечение возможности формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на поверхности металла необходимой длины. Способ формирования тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и образованного ею канала на металлической поверхности катодной пластины в импульсном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки необходимой длины, включает подачу на электроды напряжения, обеспечивающего лавинный пробой разрядного промежутка, возникающий при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки с формированием тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, на металлической поверхности катодной пластины, размещение на поверхности катодной пластины диэлектрической преграды на пути кумулятивной струи и перемещение диэлектрической преграды вдоль этой струи до получения необходимой длины тепловой кумулятивной струи и длины образованного ею канала проплавленного металла. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения трещинной пористости горных пород // 2646956

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения трещинной пористости горных пород. Способ определения трещинной пористости горных пород включает в себя экспериментальное определение скорости (Vp) распространения упругой продольной волны каждого образца в термобарических условиях, превышающих пластовые на 10-15%, общую пористость (Кп.общ.) каждого образца в термобарических условиях, превышающих пластовые на 10-15%. После этого строят график зависимости (Vp) от (Кп.общ.), в результате чего графически определяют скорость (Vp.ск.) распространения упругой продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы. Затем рассчитывают трещинную пористость (Кп.тр.) каждого из образцов исследуемой породы по формуле: При этом в случае получения отрицательных величин рассчитываемой трещинной пористости полученное наибольшее отрицательное ее значение приравнивают нулю и определяют уточненное значение скорости распространения упругой продольной волны в минеральном скелете (Vp.ск.ут.) по формуле: После чего вновь рассчитывают величину трещинной пористости (Кп.тр.) каждого образца исследуемой породы по формуле (1), используя для расчета полученное по формуле (2) уточненное значение скорости распространения упругой продольной волны в минеральном скелете (Vp.ск.ут). Технический результат - повышение точности проводимых исследований по определению величины трещинной пористости пород при исследовании образцов горных пород. 2 ил., 2 табл.