Способ определения поверхностного натяжения жидкостей

(51 БРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ВТОРСКО имирского пол по коллова и 1Изобретениетехнике и может. ределения коэфнатяжения жидквысокой вязкостиционных поляхстей, полученкосмических техн Спго обрским,определения поверхжидостей методом ия в капле с испольрического.метода, оси уравновешивания момент ее отрыва от ами поверхностного яется ьзование.Спосо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(71) Ковровский филиал Владитехнического института(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включая жидкости относится к измерительной быть использовано для опфициента поверхностного остей, включая жидкости , а также в слабых гравитапри исследовании жидконый в условиях новых ологий. Известен способ ностного натяжения максимального давлен зованием сталагмомет нованный на услови силы тяжести капли в конца капилляра сил натяжения. 1241020 А высокои вязкости, а также в слабых гравитационных полях при исследовании жидкостей, полученных в условиях новых космических технологий. Под воздействием электрического поля, создаваемого с помощью источника высокого напряжения между электродами, жидкость из сосуда втягивается в капилляр, находящийся между электродами, и образует каплю на выходе из капилляра. Плавно увеличивают величину электрического поля до момента отрыва капли от среза капилляра, измеряют диаметр капли в этот момент, величину напряжения между жидкостью и ускоряющим электродом, а коэффициент поверхностного натяжения вычисляют по выражению, приведенном в формуле изобретения. 1 табл 1 ил,об пригоден в условиях медленноования капли и является статичеНаиболее близким к предлагаемому является способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в капле, включающий выдавливание капли из капилляра и создание максимального давления в капле с помощью центробежных сил.Недостатком этого способа явл сложность и затруднение его испол ниядля высоковязких жидкостей,Цель изобретения - расширение области использования способа и его упрощеаключается в следующем.(3) Рэ =го Е Я/2,Еу=2031/г.,(5) За счет электрического поля исследуемая жидкость из сосуда втягивается в капилляр, сообщающийся с сосудом и расположенный перпендикулярно двум электродам, один из которых находится в жидкости, а другой на расстоянии Н от первого. Под действием электрического поля на конце капилляра формируется капля жидкости, В момент отрыва капли от капилляра измеряют ее радиус В и фиксируют значение напряжения О, по величине которого и расстоянию Н между электродами определяют,напряженность однородного электрического поля Е = О/Н. Коэффициент поверхностного натяжения ст вычисляют по формуле 0= - (ео Е + ЗРЯ ), (1) К г 2 где г, К - радиусы капилляра и капли соответственно, м;р- плотность исследуемой жидкости, кг/м;д - напряженность гравитационного поля, м/с;е= 8,85 10 " ф/м - электрическая постоянная.При воздействии электрического поля на жидкость она втягивается в капилляр и образует на его выходе сферическую каплю. Условие отрыва капли от капилляра; где Р, Рэ, гд - действующие на каплю жидкости электростатическая, гравитационная и поверхностная силы соответственно.Электростатическая сила, действующая на каплю жидкости, равна где Я - площадь поверхности капли, м; 2,Я=4 жй.Гравитационная сила, действующая накаплю, равна Г = 4 л В р д/3, (4) Сила поверхностного натяжения, препятствующая отрыву сферической капли от капилляра, равна 20 25 30 35 40 45 50 55 где о- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;Я 1 =г- - площадь внутреннего сечения капилляра,м,В формуле(5) предполагается, чтоотрыв капли происходит по внутреннему радиусу капилляра,С учетом выражений (3) - (5) из условия (2) величину коэффициента поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле 0 = - (ео Е + - р д В) .В, г 2 г3 Из выражений (2) - (5) видно, что в случае слабого гравитационного поля или отсутствия его необходимо создание лишь более сильного электрического поля, чтобы осуществить формирование капли жидкости на выходе из капилляра и отрыв ее от капилл; ра. Таким образом, электрическое поле в случае слабых гравитационных полей, вплоть до полного их отсутствия, является определяющим фактором, обеспечивающим работоспособность предлагаемого способа в указанных условиях.Аналогичным образом электрическое поле является определяющим фактором при воздействии на высоковязкие жидкости, когда формирование капли лишь под действием гравитационных сил затруднено, а часто и практически невозможно.На чертеже представлена схема реализации способа.Необходимое количество исследуемой жидкости набирают в верхнюю емкость 1, выполненную из диэлектрического материала, на дне которой установлен электрод 2, а в дне емкости укреплен диэлектрический капилляр 3. Ускоряющий электрод 4 с небольшим отверстием для пролета капель установлен над нижней емкостью 5, служащей для сбора исследуемой жидкости, С помощью источника 6 высокого напряжения с плавно регулируемой величиной напряжения, значение которого определяется по киловольтметру 7, между электродами 3 и 4 создается электрическое поле, под действием которого жидкость втягивается в капилляр 3 и образует каплю на выходе капилляра. Электрическое поле увеличивают до момента отделения капли от среза капилляра, а радиус капли в этот момент фиксируют с помощью окулярного микроскопа 8, Подсветка при измерениях осуществляется осветителем 9, Зная радиус капилляра г, радиус капли й в момент ее отрыва от капилляра, величину напряжен1741020 40 ности электрического поля Е между электродами и плотность исследуемой жидкости Я, по формуле (1) определяют коэффициент поверхностного натяжения жидкости.П р и м е р, Определение коэффициента поверхностного натяжения воды,Измерения проводят при нормальном атмосферном давлении и температуре 20 С в поле тяжести Земли при д = 9,81 м/с, Значение высокого напряжения, подаваемого на электроды, плавно изменяют от О до 10 кВ и измеряют с помощью электростатического киловольтметра типа С. Для измерения диаметра капли используют окулярный микроскоп и осветитель для оптической скамьи ОСК, Диаметр капилляра при измерениях составлял 0,36 мм, Измерения проводят при различных межэлектродных расстояниях Н. Результаты измерений представлены в таблице. Там же приведены значения коэффициента поверхностного натяжения (т, рассчитанные по формуле (1), Табличное значение коэффициента поверхностного натяжения при аналогичных условиях, в которых осуществлялись измеозения, составляет величину порядка 73 10 Н/м.Расхождение среднего значения результатов измерений псо справочными данными не более 1,5;.Предлагаемый способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости может быть легко реализован на практике, он позволяет проводить измерения для жидкостей, обладающих высокой вязкостью, так как действие электрических сил в этом случае становится преобладающим над всеми другими силами, действующими при формировании капли жидкости. Кроме того, при реализации данногоспособа не является принципиально необходимым гидростатическое поле становится основным фактором, ответственным за фор мирование капли жидкости. Следовательно,данный способ и устройство, его реализующее, могут работать в условиях слабых гравитационных полей, вплоть до невесомости. 10 Формула изобретения Способ определения поверхностногонатяжения жидкостей методом максимального давления в капле, выдавливаемой из 15 капилляра, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения области использования способа и его упрощения, максимальное давление создают с помощью сил электрического поля, при этом в момент отрыва 20 капли от среза капилляра измеряют величину .напряженности электрического поля и, радиус капли, а искомую величину поверхностного натяжения допределяют по формуле25 у= - (ео Е + - рд й),В. г 2 г3 где г, В - радиусы капилляра и капли жидко сти в момент отрыва капли от капиллярасоответственно,м;р- плотность жидкости, кг/м;д - напряженность гравитационного поля,.м/с;Е - напряженность электрического поляв момент отрыва капли от капилляра, В/м;е= 8,85 10Ф/м - диэлектрическаяпостоянная,1741020Составитель С.Зуеведактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор Н,Б Заказ 2080 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101