Способ определения поверхностного натяжения жидкости

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1283621 (51) 4 G 01 N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

S Д

1- (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPM

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3924614/31-25 (22) 08.07.85 (46) 15.01.87. Бюл. Н - 2 (71) Институт прикладной физики

АН СССР (72) В.А.Антонец, А.Ф.Иванов и В.В.Казаков (53) 532.64(088.8) (56) Заявка ФРГ Р 3201410, кл. G 01 N 13/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

9 440099111166, кл. G 01 М 13/02, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОР ЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ .(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при изучении поверхностных явлений. Целью изобретения является расширение класса исследуемых жидкостей. Жидкость помещают в сосуд и осуществляют вертикальное колебательное перемещение сосуда с постоянной амплитудой и частотой, при которой на поверхности жидкости образуется стоячая капил— лярная волна. Измеряют амплитуду и частоту колебаний сосуда и длину стоячей капиллярной волны. По получен- В ным данным вычисляют поверхностное натяжение.1 ил.

С:

1 128362

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к исследованию поверхностных свойств жидкостей и может быть использовано при изучении поверхностных явлений 5 в жидкостях, в частности в жидкостях с пленками поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также для контроля отсутствия (наличия) примесей

ПАВ в чистых жидкостях.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых жидкостей.

На чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Изобретение основано на эффекте параметрического возбуждения поверхностных волн. Он заключается в том, что если сосуд с жидкостью будет совершать вертикальные гармонические колебания в поле силы тяжести по закону U = А cos g t, где U — смещение сосуда; A — амплитуда," Я вЂ” частота, то на поверхности жидкости будут возбуждаться волны с частотой

Я и = — . При этом каждая частица

2 жидкости относительно движущегося .сосуда находится в переменном поле силы тяжести, эффективное ускорение ко торого g(t) = (1 — р cos Q t) g, где

АЯ вЂ” — безразмерная амплитуg да модуляции, g — ускорение силы тяжести. Тогда, если частота F =

52 — изменения параметра g(t)

27) вдвое выше собственной частоты колебания частиц жидкости, то по отно4О шению к столь угодно малым возмущениям при амплитуде р модуляции вьш е некоторой критической (пороговой) состояние равновесия частиц по поверхности жидкости становится не45 устойчивым — возбуждаются волны. ся длительной и трудоемкой процедурой из-за отсутствия резко выраженного максимума в резонансе. В предлагаемом способе для определения

f достаточно только возбудить поверхностную волну, при этом собственная частота f волны здесь равна половине частоты колебания сосуда (с точностью 0,5 Гц, так как ширина области возбуждения одной моды по частотр равна 1 Гц). Поскольку поверхность жидкости в предлагаемом способе свободна от внешних воздействий, то данный способ позволяет исследовать не только чистые жидкости, но и жидкости с пленкой ПАВ на поверхности.При. этом, как показали эксперименты, пленка ПАВ не увеличивает ширину области возбуждения моды по частоте и тем самым не ухудшает точность определения f, а следовательно, и о

Для измерения длины волны используют известные способы, например, оптические в отрах<енном или проходящем свете.

Независимо от способа генерации волн на поверхности глубокой (глу— бина жидкости много больше длины волны h ) жидкости их параметры— круговая частота

I где F — плотность жидкости.

Из дисперсионного соотношения расчетная формула для ф имеет вид

uJ =Р— (2Ъ Х) (1)3

Как показали эксперименты, ширина области неустойчивости, т.е. области возбуждения одной моды, по частоте не превьппает 1 Гц,в этих пределах ошибка определения поверхностного натяжения жидкости б составляет менее 2,5Х, что и позволило применить предлагаемый способ для измерения g . В данном способе для точного определения собственной частоты f волны нет необходимости добиваться максимальной амплитуды поверхностной волны, что являетУстройство для определения поверх ностного натяжения содержит сосуд t для исследуемой жидкости, располоO женный на вибростоле 2, к входу электрической части которого подключен усилитель 3 мощности сигнала звуковой частоты. Усилитель 3 соединен с управляющим генератором 4 сигнала звуковой частоты, с помощью которого осуществляется регулировка частоты F колебаний вибростола 2.

В конкретной реализации устройства в качестве вибростола 2 с усилите-

1283621 лем 3 и генератором 4 использован вибрационный электродинамический стенд марки ВЭДС вЂ” 10а.

Сосуд 1, выполненный из оргстекла имел форму прямоугольного параллелепипеда с размерами дна 16 х 160 мм и высотой 100 мм.

Составитель А.Кощеев

Редактор M.Êåëåìåø Техред В,Кадар Корректор Е.Сирохман

Заказ 7430/40 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 с.

Производственно-полиграфическое предприятие, r . Ужгород, ул. Проектная, 4

Ъ

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую жидкость наливают в сосуд 1 и с помощью генератора 4 и усилителя 3 устанавливают амплитуду вертикальных колебаний вибростола 2 порядка 0,5 — 1 мм. Далее плавно изменяют регулятором частоту генератора 4 до появления на поверхности жидкости стоячей волны. Фиксируют частоту F генератора 4, при которой появляется устойчивая картина стоячей волны. Определяют длину волны полученной стоячей волны одним из известных способом, например путем фотографирования сбоку через прозрачную стенку сосуда.И по измеренным A u f по формуле (1) определяют коэффициент поверхностного натяжения 6

Способ использован для измерения 5 дистиллированной воды и воды с пленкой ПАВ при температуре Т =

20 + 2 С.

Зкспериментальный разброс значений 6 не превышает 1,5X,а предельная относительная погрешность определения равна 2,5Х.

Формула и з обретения

Способ определения поверхностного натяжения жидкости, заключающийся во внешнем. периодическом механическом -.:воздействии на жидкость в сосуде, измерении частоты внешнего воздействия и длины капиллярной волны, возбуждаемой на поверхности жидкости при этом воздействии,,и вычисле20 нии поверхностного натяжения по измеренным величинам, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых жидкостей, внешнее воздействие на жидкость осуществляют вертикальным колебательным перемещением сосуда с постоянной амплитудой и частотой, при которой на поверхности жидкости образуется стоячая капиллярная волна.