Способ определения поверхностных свойств жидкостей

(19) П 1 дц 5 01 й 13/02 ЕНЙ пли иси в ней с я епрерывсвойств икси оире т неОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 0 ПИСДНИС ИЗОБЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(53) 532.64.532.6123088.8) (56) 1, Иващенко Ю,Н, и др, К вопро су о расчете поверхностного натяжения жидкостей по размерам лежачей капли.-В кн, "Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии", Киев,"Изд-во АН УССР, 1960, с, 391-417.2. Авторское свидетельство СССР Р 532789, кл. С 01 К 13/02, 1974 ,прототип)154) 157) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в формировани каследуемой жидкости и изме нидавления, о т л и ч а ю щ и йтем, что, с целью получения нной зависимости поверхностныхот времени, формируют каплю ф рванного объема.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности при определении поверхностного натяжения, каплю формируютна острой кромке и измеряют давление на уровне основания капли,3. Способ по п.1, о т л и ч а ю - .щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при определении краевого угла смачивания, каплю формируют вна подложке из исследуемого твердого тела и измеряют давление на уровне основания капли,С:Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам определения поверхностных свойств чистых жидкостей и растворов поверхностно-активных веществПАВ, и может найти применение для5йепрерывного исследования временнойзависимости поверхностного натяженияи краевого угла смачивания жидкостейи растворов в лабораторных условиях.Известен способ определения поверхностного натяжения б жидкостейпо размерам лежачей капли, в процессекоторого формируют каплю исследуемойжидкости, с помощью соответствующейоптической аппаратуры измеряют радиус экватора капли и отрезок равныйрасстоянию от вершины капли до вершины прямого угла, образованногопрямыми, касающимися контура капли,.а биссектриса которого совпадает сосью вращения капли 1,К недостаткам способа определенияповерхностной энергии жидкостей поразмерам лежачей капли относитсясложность измерения необходимых р 5размеров капли и других необходимыхрасстояний, а также дискретность полученных результатов измерения вовремени для получения окончательныхрезультатов определения только одно- .Ого значения 0 требуется около часа времени), что исключает возможность применения способа для исследования динамики поверхностной энергии растворов наиболее распространен.-,.5ных в отечественной промышленностиПАВ.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являетсяспособ определения поверхностныхсвойств жидкостей, заключающийся вформировании газового пузырька висследуемой жидкости и измерениив нем давления. По данному способуиз калиброванного капилляра выдавливают газ, измеряют максимальноедавление, необходимое для образования газового пузырька, затем повтОрно выдавливают газовый мениск безобразования газового пузырька, измеряют давление в образовавшемся га Озовом мениске, а по разности измеренных давлений судят о поверхностныхсвойствах 2 .1К недостаткам указанного способаопределения поверхностного натяжения следует отнести дискретность полученных результатов измерения вовремени, вызванную тем, что промежуток времени между двумя последующими моментами достижения максимальных 6 Одавлений в капле имеет место неинформационный промежуток времени,на протяжении которого вследствиедействия различных Физико-химических процессов измеряемое поверхност 65 ное натяжение может значительно из.мениться,Цель изобретения - получение непрерывной зависимости поверхностных свойств от времени,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения поверхностных свойств жидкостей,заключающемуся в формировании каплиисследуемой жидкости и измерении вней давления, формируют каплю фиксированного объема,Предлагается также с целью повыше.ния точности при определении поверхностного натяжения формировать каплюна острой кромке и измерять давление на уровне основания капли,Кроме того, предлагается с цельюповышения точности при определениикраевого угла смачивания формироватькаплю на поцложке из исследуемоготвердого тела и измерять давлениена уровне основания капли.Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то обстоятельство, что оно даетвоэможность исследовать динамику измерения поверхностных свойств награнице раздела Фаз во времени.На фиг,1 изображено устройство,позволяющее определить поверхностное натяжение жидкости при его.непрерывной регистрации зависимости, нафиг.2 - устройство, позволяющееопределить краевой угол смачиванияпри регистрации его непрерывной зависимости во времени.Устройство, реализующее предлагаемый способ при определении поверхностного натяжения, состоит из прецизионного эадатчика 1 объема Капли,внутренняя полость которого соединена с внутренним гространством каплис помощью капилляра 2, На твердой горизонтальной подложке 3 из любоготвердого материала изготовлено строго калиброванное отверстие с остройкромкой 4 радиусом Г . Поверхностьверхней части острой кромки являетсястрого горизонтальной. На уровнеэтой поверхности установлено отборное устройство датчика 5 давления,соединенного с помощью линии б связи с вторичным регистрирующим прибором 7, отградуированным непосредственно в единицах поверхностногонатяжения жидкости 8 (Фиг,1)Устройство, реализующее предлагаемый способ при определении краевого угла смачивания, отличается отустройства, реализующего предлагаемый способ при определении поверхностного натяжения тем, что подложка9 изготовлена иэ твердого исследуемого материала беэ размещенного наней отверстия с острой кромкойектор Л.П ленко 16/31 Тир ВНИИПИ ГосУД по делам 13035, Москва, аж 823арствениэобрет Зак Подписого комитета СССРний и открытийаушская наб., д. 5-35,филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектна В основе предлагаемого способа при определении поверхностного натяжения лежит тот факт, что капля на кромке капилляра описывается математически системой уравнений, связывающих поверхностное натяжение 6 объем капли М разность удельных весов исследуемой жидкости и окружающего газа Ь) и избыточного давления в капле на уровне ее основания ЬР. 10Способ определения поверхностного натяжения с помощью вышеописанного устройства осуществляют следующим образом,С помощью прецизионного, эадатчи ка 1 объема капли с учетом внутреннего объема капилляра 2 и объема полости от верхней плоскости кромки 4 калиброванного отверстия до верхней плоскости горизонтальной подложки 20 3 выдавливают каплю 8 заданного объема У определяемого,. например, иэ соотношения7 /Г=1,0 (1)Непрерывно измеряют с помощью дат 25 чика 5 избыточное давление в капле ЬР на уровне плоскости острой кромки и при выполнении условия (1). значение поверхностного натяжения 6 рассчитывают по формуле 30 6= дР 05793-ОЛ 256 др 100 Я 21 др Р где Ь Р - измеренноедавление в капле, Н/м 2,35Ц - разность удельных весовжидкости в капле и окружающего газа, Н/м; Составактор Е.Папп Техред радиус острой кромки калиброванного отверстия,м,б - поверхностное натяжение,Н/мВыражение (2) при условии выполнения условия (1) справедливо для диапазона изменения о 5 10 д - 100101 Н/м, диапазона О 0,1 10 4 - 310 м, диапазона Ц 5 10 - 1,510 Н/м.Погрешность расчетас помощью (1) не превышает 0,05 с учетом указанных диапазонов изменения параметров,г,д. Введенная операция измерения давления в капле на уровне ее основания при постоянном объеме капли позволяет также определять крае- вой угол смачивания жидкостью поверхности твердого материала, если каплю формировать не на острой кромке капилляра, а на подложке иэ твердого материала. В этом случае краевой угол рассчитывают по формуле 8 =агссоя Р+ (1-Р )(О, 5214-0,2464 Р++ 0,2269 РЯ, р (3) где Р=1-0,51408 ,ц, )при условии, что Технико-экономический эффект предлагаемого способа определения по верхностных свойств жидкостей заключается в увеличении информативности измерений, что в свою .очередь дает возможность оптимально управлять различными технологическими процессами, в которых поверхностные явления, происходящие на границах раздела Фаэ, имеют важное значение.