Способ измерения межфазного поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля
Союз Советских Социалистических Республик OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.-Ф /, . "4 z -,. r» . (51)M. Кл. G 018 13/02 I (61) Доиолиительиое к авт, свид-ву (22) Заявлено 11.05.77 (21) 2486 558/18 25! с присоединением заявки М— Гасударственный камитет СССР ие денем изобретений и открытий. (23) ПриоритетОпубликовано25.02.80. Бюллетень ррах 7 (53) УДК, 543.542 (088.8 ) Дата опубликования описания 28.02.80 (72) Автор изобретения Б, N, Смопяк Отдеп физико-технических проблем энергетики Уральского научного центра АН СССР (71) Заявитель (/ (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕЖФАЗНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ":-НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В,ПРИСУТСТВИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ,3 Изобретение относится к измерению физико-химических характеристик жидкостей при воздействии на них электромагнитных попей, Известен способ измерения поверхностного натяжения жидкостей в присутствии 5 электрического поля, наложенного с помощью эпектродов, расположенных по обе стороны от поверхности раздела несмешивающихся сред. Дпя постоянного поля сре1О да с большей проводимостью имеет потенциап помещенного в ней эпектрода и напряженность электрического поля йормапьна к межфазной поверхности. Поверхностное натяжение определяют по появпению неустойчивости поверхности pl) Этот способ предложен дпя измерения с помощью поля собственно поверхностного натяжения жидкостей без учета изменения этой вепичины в электрическом поле." Искривление межфазной поверхности жидкостей в электрическом поле (вспучивания под электродом) и напичие на ней теп с диэпектрической проницаемостью, отличающийся от проницаемос гей жидкостей, затрудняет расчет поля на межфазной поверхности и учет действия эпектро- статических can в общем усилии, измеряемом в опыте. Вследствие этого точность измерения снижается. Кроме того, неус.тойчивость свобс1дной межфазной поверхноссти, появляющаяся при опредепенной критической напряженности эпектрического поля, не позвопяет проводить измерения в более сипьных электрических полях, - Известен также способ измерения поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического попя, заключающийся в том, что часть межфазной поверхности и часть прппавка, ппавающего на ней, помещены в электрическое поле ппоских эпектродов; а другая часть поплавка и межфазной поверхности находят- ся вне попя f2) Уменьшение натяжения жидкости в обпасти, занятой полем, приводит к смешению поппавка в область, незанятую полем, что и регистрируется чувствитепьны ми весами. 3 7176 Однако, вследс гвие вспучивания межфазной поверхности, находящейся под эле кгродом, а также из-за втягивания поплавка в область, занятую полем, попла вок тоже смешается. Эти эффекты имеют место иэ-за подвижности поверхности и неоднородности поля на концах эпектрода, Они не могут быть исключены продолж нием электрода, поскопьку способ требует напичия свободной межфазной поверхности за краем электрода, где вне поля находится часть поплавка. Невозможность уменьщения и точного расчета электростагиче ских поправок в этом способе снижает точность измерения. Другим недостатком способа являегся небольшая напряженность электрического поля, при которой могут быть произведены измерения в виЪ ду неустойчивости поверхности под электродом: извержение струй и замыкание эпектродов с бопьшей проводимостью. Цель предпагаемого изобретения — повышение точности измерения. Для этого жидкости раздепяют тонкой пластинкой с отверстием и создают избыточное давление в жидкости с меньшей проводимостью, при этом об искомой величине судят по разности между максимальным давлением продавпивания капли и электростатическим давпением, которое зо определяют для данной вепичины поля с помощью двух измерений максимапьного давления на отверстиях разного диаметра. Попе системы проводящая жидкостьппоский электрод предсгавляег собой поае>> плоского конденсата с лункой на одной из пластин, которое в принципе может быгь рассчитано, Электростатические сипы втягивают жидкость с большей проводимостью в область поля, таким образом 4р среднее по поверхности выдавливаемой капли электростатическое давпение нап-равлено против избыточного давления. Величина элек гростатической поправки может быть измерена на двух разных ог- 45 верстиях следующим образом. М аксимальное и збыточное давление, фиксируемое при проскакивании капли, можно записать: — +v 26 э, (1) Ы где б - коэффициент межфазного поверхностного натяжения в присутствии электрического поля; — эффективный радиус отверстия; p - среднее электростатическое давление. Если радиус отверстия значительно больше толщины пластинки, а расстояние 26 4 между пластинами конденсатора значительно больше размеров лунки, го давпение Р не зависит от размеров пунки. Проводя измерения при неизменном напряжении на электродах и учитывая, что межфазное натяжение остается также неизменным, можно с помощью формупы (1) получить: „ р г р р 4 4 2 2 г -г" (2) где Г и г — эффективные радиусы от% верстий; А Р. и ЬР— максимапьные избыточные 2 давления, при которых про- . давливаются капли. При измерении предпагаемым способом электростатическую поправку можно уменьшить (и сделать пренебрежимо мапой) путем увеличения доли поверхностных сил, т.е. уменьшая радиус отверстия. Возможность проводить измерения при бопьших электрических полях обусповпена стабилизирующим действием избыточного давления, которое обычно превышает как среднее, так и покальное электростатическое давление. jIna развития неустойчивости в данной системе электростатические силы должны изменить знак кривизны межфазной поверхности, т.е. вывернуть лунку, что требует больших напряженностей электрического попя, чем для развития неустойчивос ги плоской поверх- . ности раздела. Предлагаемый способ поясняется фиг. 1. Граница двух. несмешивающихся жидкостей помещается в электрическое поле, . причем подвижность межфазной поверхности ограничивается с помощью ппастинки с отверстием. В жидкости с меньшей проводимостью создается избыточное давление, которое действует против сип поля на межфазной поверхности и выдавпивает каплю. При проскакивании каппи фиксируется максимапьное давление, по которому с учетом электростатической поправки определяется межфазное натя- жение в присутствии электрического поля. Жидкости разделяются тонкой ппастинкой 1 с калиброванными отверстиями 2. Эпектрическое поле создаегся с помощью эпекгродов 3 и 4, причем жидкость с большей проводимостью имеет потенциал, подведенный к электроду 3, т.е . все напряжение падает между границей этой жидкости и плоским электродом 4, размещенным в слабо проводящей жидкости. Избыточное давление ЬР и среднее эпекгростатическое давление Рэ имеют про7176 5 тивоположное направление на межфазной поверхности 5. На фиг. 2 приведен пример устройст ва для осушесгвления предлагаемого способа, когда жидкость с большей проводимостью имеет большую плотность (для систем вода-масло, вода-углеводороды и т.д.). Устройство для измерения межфазного поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля содер- 10 жит тонкую пластинку 1 из слюды с калиброванным. отверстием 2, прикрепленную к торцу баллона 3, открытый сосуд 4, трубку 5, соединяющую баллон с сосудом и являющуюся одновременно манометром, кран .6 и 7, кольцевой электрод 8, вйаянный в баллон, и плоский электрод 9, размещенный в сосуде параллельно пластине. Баллон 3 и соединительная трубка 5 >0 заполняется водой, после чего кран 6 закрывается, а в сосуд 4 запивается,масло (или гексен, гептан и т.п.) гак, чтобы торец баллона с пластинкой был погружен в масло. Разность уровней g меж- ду отверстием в пластинке и поверхно- - стью раздела жидкостей в манометре .10 определяет избыточное давление . а Р=(д,-у,)Г" где р и р — йлогность воды и д1 2 масла; . gã — ускорение силы тяжести. Под действием давления g P масло выдавливается в воду через отверстие 2 (вода должна лучше смачивать пластинку I, чем масло), B момент проскаки- . вания капли давление в баллоне увеличивается, поднимается уровень 10 и умень- шаегся h P. Фак как величина межфазного натяжения жидкостей зависит от времени существования поверхности при измерении, то скорость понижения уровня 10 (т.е, время существования поверхности до проскакивания капли или частота проскаки- . вания капель) регулируется краном 7. Чтобы определить изменение межфазного натяжения в электрическом поле, скорость понижения уровня 10 устанавливается в отсутствие поля, причем в установившемся режиме проскакивания капель перепад . h соогветствуег обычному (беэ поля) межфазному натяжению, вычисляемому иэ выражения (1) при Р = О. При подаче 26 б напряжения на электроды 4 и 5, межфазное натяжение уменьшается и калли про- скакивают с большей частотой при той же скорости понижения уровня 10. В течение 10-15 мий система переходит н другое установившееся положение, когда частота просквкивания капель равна первоначальной, но с меньшим перепадом 4; соответствующим межфазному натяжению в присутствии электрического поля (вычисление по формулам (1) и (3). Измерение межфазного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля предлагаемым способом обеспечивает следующие преимущесraa: повышение точ» ности измерения путем расчета, измерения для уменьшения электростатической ,поправки; увеличение электрического поля эа счет того, что неустойчивость межфазной поверхности подавляется путем соз- дания иэбыгочного давления в среде с меньшей проводимостью. Предлагаемым способом измерено межфазное натяжение вода-масло в присутствии поля напряженностью. 16,5 кВ/см, тогда как плоская граница раздела вода-масло неустойчива при 8,2 кВ/см. Формула изобретения Способ измерения межфазного поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля, созданного цугем приложения разности потенциалов между жидкостью с большей проводимостью и плоским электродом в другой жидKOCTH, O т л H H G ю ш H Й C H 7&M с целью повышения очности измерения, жидкости разделяют тонкой пластинкой с отверстием и создают избыточное давлеННе в жидкости с меньшей проводимостью, при этом об искомой величине судят по разности. между максимальным -давлением, продавливания капли и электростатическим давлением, котброе определяют для данной величины поля с помощью двух измерений максимального давления на отверстиях разного диаметра. Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе 1, А вт орск ое с виде гельс тво ССС Р М 542940, кл. (j 01 5 13/02, 1976. C. М, Schrni<4, R,Ì. Avery, Е.5. 5псме / Э.68ictvochem. Soc., (09, 85Z, 1962.
