Способ определения поверхностного натяжения жидкостей и расплавов

 

Изобретение касается физики поверхностных явлений и может быть использовано при исследовании физикохимических свойств жидкостей и расплавов . Целью предлагаемого изобретения является повьппение точности определения при повышенных температурах . Формируют симметрично лежащую каплю. Измеряют геометрические параметры при наблюдении капли сверху. При этом определяют максимальный диаметр , радиус кривизны автоколлимационным методом. Осуществляют контроль симметрии капли. 1 табл. i (Л tc эо эо ел 01

СОЮЗ, СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (11 4 G 01 N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЩьД;! A !:: 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоБРетений и ОтнРытий (21) 3906035/31-25 (22) 10.06.85 (46) 07.02.87. Бюл. N - 5 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Г.П.Вяткин, В.К.Герасимов, Т.П.Привалов и Н.И.Ширяева (53) 542.64(088.8) (56) Попель С.И. Теория металлургических процессов. — Итоги науки и техники. Сер.: Металлургия. М., 1971, с. 26.

Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. ОГИЗ, 1947, с. 488. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И РАСПГАВОВ (57) Изобретение касается физики поверхностных.явлений и может быть использовано при исследовании физикохимических свойств жидкостей и расплавов. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения при повышенных температурах. Формируют симметрично лежащую каплю. Измеряют геометрические параметры при наблюдении капли сверху.

При этом определяют максимальный диаметр, радиус кривизны автоколлимационным методом. Осуществляют контроль симметрии капли. 1 табл.

1288550 2

Повторяют измерения десять раз и находят среднее К . Ввиду того, что т поверхность капли асферична, расстояи ние К отличается от радиуса кривизе 5 ны в вершине капли R на величину я- наименьшей волновой аберрации дК ввв

Для определения KK используют ввк ч- расстояние до плоскости наименьшей волновой аберрации R и уравнение

Z поверхности капли вблизи вершины

Х Х Х

R + +

2Z 32Еа 1152Za + ...+, Изобретение относится к области исследования физико-химических свойств жидкостей и расплавов и мо жет быть использовано в металлурги и научно-исследовательской практик для определения поверхностного нат жения расплавов.

Цель изобретения — повышение то ности определения при повышенных температурах, когда свечение капли затрудняет определение ее геометри ческих параметров.

Способ осуществляют следующим образом.

Формирование симметричной капли осуществляют на подложке из А1 0э.

Подложку устанавливают в вакуумной камере высоковакуумной установки внутри нагревателя на молибденовом столике. Сверху к камере подсоединяют высокотемпературный микроскоп.

Горизонт регулируют микровинтами и проверяют уровнем, установленным на подложке. Вакуум в печи создают форвакуумным и диффузионным насосом, работающим с азотной ловушкой. При проведении опыта камеру откачивают

-6 до 5 ° 10 мм рт.ст., после чего заполняют гелием до давления 0,1 атм.

Гелий предварительно проходит систему газоочистки, очищаясь от паров воды и кислорода. После этого осуществляют нагрев до нужной температуры и производят измерения.

Предлагаемый способ опробывают на 99,997.-ном серебре, для этого на подложке диаметром 2r = 10,8 мм формируют каплю серебра. Измерения производят при 1000 С. Перед измерениями осуществляют контроль симметрии, для этого автоколлимационное изображение точечной диафрагмы совмещают с перекрестьем окуляра, перемещая микроскоп по горизонтали и вертикали, тем самым определяют положение вершины капли. Далее измеряют радиусы экватора в двух взаимно перпенди;кулярных направлениях. Если радиусы равны, капля симметрична. После эФого начинают обмер симметричной капли.

Для измерения радиуса кривиэны в вер шине капли по микрометрической шкале вертикального перемещения микроскопа определяют расстояние между автоколлимационными изображениями точечной диафрагмы в центре кривизны вершины капли Z, и на поверхности Z

Rz = Z — Z где Х и Z — - координаты поверхности капли, а — капиллярная постоянная.

После этого вычисляют радиус кривизны в вершине капли о нв .

Для определенйя максимального диаметра капли (диаметра экватора) по автоколлимационному изображению в центре. кривизны вершины капли находят положение оси вращения и, перемещая микроскоп вдоль одного горизонтального и вертикального направлений, находят резкое изображение границы экватора. По микрометрической шкале горизонтального перемЕщения вдоль оси У делают отсчет для правой и левой границ экватора и находят диаметр экватора увы лвв

Измерения повторяют десять раз и находят среднее значение диаметра экватора 2ã.

По измеренным величинам с помощью таблиц Башфорта и Адамса, отражающих зависимость

Ro г — = Ф (†) а R определяют капиллярную постоянную а .

Для определения ошибки измерения

45 капиллярной постоянной а используют формулу, полученную из зависимости у а

r

e (†)

R, 50

С, = (2 — ) (— ) + (— ) дК дг а 2 К

У

Ф r. где k = — - --

Ф R., ГеТ) г r. (г )

55 дК = — --- дг = ) === =c n(n-1) n(n-1) среднеквадратичные ошибки среднего арифметического для десяти измере50

Ошибка E.,,,% 0,51

Плотность Р г/смз 9,34

Способ определения поверхностного натяжения жидкостей и расплавов, заключающийся в формировании симметрично лежащей капли, измерении с помощью оптического микроскопа двух

° ее геометрических параметров, одним из которых является максимальный диаметр, и вычислении поверхностного натяжения по измеренным величинам, о т л. и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности определения при повышенных температурах, измерение параметров капли осуществляют при наблюдении капли сверху, а в качестве второго параметра автоколлимационным методом измеряют радиус кривизны в вершине капли.

Таблица 1

20

10,97

0,04

О, 152

Показател

Опыт

3 4

5 6 7 8 9 10 Среднее значение

8,38 8,29 8,32 8,27 8,37 8,35 8,40 8,28 8,30 8,34 8,33 г

2r,, мм

10 98 10, 99 10,99 10 97 10,96 10 96 10,96 10 98 10 95 10,96 10 97

Таблица 2Способ Поверхностное натяжеОшибка

F %

Диаметр экватора

2r, мм ние О, мДж/м

Предлагаемый

10,97

912

0,6

Известный

Не осуществим

Вариант

Дорсея

915

ВНИИПИ Заказ 7799/40 Тираж 799 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 12885 ,ний. Для измерений используют объектив с апертурой А = О, 1.

Размеры капли удовлетворяют отношению

D AR — ---е

D, r где D„= 2AR

D =2r

А — апертура объектива микроскопа.

Поверхностное натяжение 0 рассчитывают по выражению

8 = а P g, где P — плотность расплава (берется иэ таблицы), — ускорение свободного падения.

Получают следующие данные:

Аберрация аК, мм 0,03

Радиус кривизны R, мм ° 8,36

Ошибка Е, % 0,17

Диаметр экватора

2r мм

Ошибка Г, %

D„j2r

Капиллярная постоянная а2 мм 9195

Кроме того, экспериментальные данные по серебру при Т = 1000 С приведены в табл. 1 и 2, из которых следует, что предлагаемый способ позволяет измерять поверхностное натяжение с ошибкой менее 1%.

Формула изобретения