Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей

(51)5 6 ЕНИЯ ИЕ ИЗОБР ПИС УУ СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТО иборостроения лов и О.А.ТеняНа фиг.1 реализующег циента пове стей; на фи электродов и гармоники На фиг,1 реал изующег ой гармаприведена схема ус о способ определени рхностного натяжени г.2 - схема распо ри возбуждении не роиства, коэффиожения сновнай приведена схема ус о способ, при возбужд ники колебаний и =роиства, ении ос- Устройновн ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(71) Московский институт пр(56) Авторское свидетельство СССР М 409116, кл. 6 01 М 13/02, 1972,Авторское свидетельство СССР М 1029048, кл, 6 01 И 13/02, 1983.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ(57) Изобретение относится к физико-химическому анализу жидкостей с повышенным требованием точности, а именно к способу определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник, Каплю исследуемой жидкости, сформированную на неподвижном кольцевом держателе, помещают между двумя цилиндрическими электродами, создающими переменное электрическое поле, Капля колеблется за Изобретение относится к физико-химическому анализу свойств жидкости, в частности к способу определения коэффициента поверхностного натяжения. Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник,счет периодически меняющегося момента, индуцированного внешним переменным электрическим полем, Геометрия внешнего поля такова, что силы приложены к тем частям капли, амплитуда деформации которых максимальна для данной моды колебаний, поэтому возбуждение колебаний наиболее эффективно и возникают лишь одномодовые колебания. По резонансному увеличению амплитуды определяют собственную частоту колебаний капли и с помощью формулы Рэлея вычисляют коэффициент поверхностного натяжения жидкостей.Уменьшение влияния держателя на резонансные свойства капли за счет отсутствия механического перемещения последнего и применения переменного электрического поля особой конфигурации для возбужде- Д ния одномодовых колебаний повышает точность измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Способ оп ределения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей целесообразно использовать для анализа чистоты жидко- - ф стей в химической промышленности, пище- О вой промышленности, медицине, в срадиолокационных методах наблюдения ) осадков. 2 ил, 2 табл. Мство состоит из кольцевого держателя 1, на котором сформирована сферическая капля 2, Держатель соединен с платой 3, на которой в местах наибольшей амплитуды деформации поверхности капли для данной гармоники, а именно в верхней и нижней точках капли, вдоль оси держателя расположены электроды, создающие переменное электрическое поле, частота которого задается генератором 5, Разность потенциалов электрического поля задается высоковольтным трансформатором б, амплитуда колебаний капли регистрируется с помощью микроскопа 7, капля освещается стробоскопом 8,Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей для случая возбуждения основной гармоники колебаний и =2 осуществляется следующим образом.Каплю дистиллированной воды формируют на кольцевом держателе с помощью микрошприца с гидрофобной иглой, что обеспечивает точность объема Ч не хуже 1%, Держатель выполнен в виде кольца диаметром 1,5 мм из кварцевой нити толщиной 20 мкм, Для того, чтобы возбуждающие основную гармонику п = 2 внешние силы электрического поля прилагались в заданных точках и тем самым не вызывали появления других гармоник (заданные точки - верхняя и нижняя точки капли вдоль оси кольцевого держателя), необходимо, чтобы напряженность поля быстро убывала в направлениях, перпендикулярных оси кольцевого держателя, и возрастала вдоль оси, т,е. силовые линии должны иметь геометрию конуса. Эксперименты показали, что этому условию удовлетворяют цилиндрические0электроды диаметром б- , находящиеся20на расстоянии- , где О - диаметр сферической капли. Поэтому в экспериментах используют электроды, представляющие собой медные стержни диаметром б = 0,7 мм, на которые подается напряжение О = 700 В.В экспериментах фиксируют частоту колебаний переменного электрического поля, при которой амплитуда колебаний поверхности капли максимальна, Так как форма капли, сформованной на кольце малого диаметра, близка к сферической, для вычисления собственных частот колебаний капли применяют формулу Рэлея и ( п - 1)(п +2),о /3 яр/ где о - коэффициент поверхностного натяжения, дин/см;Ь - собственная частота колебаний капли,сз,5 р - плотность жидкости, г/см;Ч - объем капли, см;з,и - целое число, номер гармоники.В табл.1 содержатся значения резонансных частот для капель различного объема10 Ч, вычисленные по формуле Рэлея для п=2,а в табл,2 - экспериментально полученныезначения резонансных частот и вычисленные в соответствии с этими частотами величины коэффициента поверхностного15 натяжения дистиллированной воды, крометого, указаны значения абсолютной ошибкиизмерения,Экспериментальный разброс Ьозначений дне превышает 1 О/о, что в 2 - 3 раза20 меньше, чем в известном,Использование способа определениякоэффициента поверхностного натяженияжидкостей обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: необ 25 ходимость малого объема исследуемойжидкости, высокую точность измерения коэффициента поверхностного натяженияжидкостей, связанную с возбуждением одномодовых колебаний, что влечет за собой30 повышенную точность измерения резонансных частот, уменьшение влияния тех, контактирующих с исследуемой жидкостью,связанное с возможностью применениятонких колец малого диаметра, обеспечива 35 ющих наименьшее искажение сферическойформы капли и ее резонансных свойств.Формула изобретения40 Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, заключающийся в том, что формируют каплю жидкости на кольцевом держателе, возбуждают вынужденные капиллярные колебания 45 капли, изменяют частоту вынуждающей силы, измеряют амплитуду колебаний и по резонансному увеличению амплитуды определяют собственную частоту основной гармоники колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я 50 тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник, колебания возбуждают переменным электрическим полем, создаваемым с 55 помощью двух цилиндрических электродов,расположенных на оси кольцевого держателя, причем диаметр цилиндрических электродов и их расстояние от поверхности капли не превышает половину диаметра капли.