Способ определения краевого угла смачивания между жидкостями и твердыми телами

 

Изобретение относится к области определения зико-химических параметров жидкостей и твердых тел, в частности к определению краевого уг ,па. между поверхностью твердого тела и мениском контактирующей с ним жидкости на границе с газовой средой путем наблюдения за капиллярным эфгфектом. Цель - повышение точности определения краевого угла смачивания между твердой поверхностью и несмачивающей ее жидкостью за счет исключения погрешности измерения геометрических размеров капилляра.Способ включает определение давления в капилляре на исследуемого материала. Жидкость пропускают через капилляр под действием гидростатического давления исследуемой жидкости. Фиксируют величины давлений в моменты потери устойчивости границы раздела фаз во входном и выходном сечениях капилляра . По отношению давлений, пропорциональному отношению уровней жидкости , определяют искомую величину. 3 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

А1,(Ю4 001 И 1302

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЯЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 3813989/31-25 (22) 09.10.84 (46) 29.02,88. Бюп, М 8 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института AH УССР (72) Ю.В.Первушин и В.Ф.Лапченко (53) 532.64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 418762, кл. G 01 N 13/02, 1971.

Авторское свидетельство СССР

И 450994, кл. G 01 N 13/02, 1972. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ МЕЖДУ ЖИДКОСТЯМИ И

ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ (57) Изобретение относится к области определения физико-химических параметров жидкостей и твердых тел, в частности к определению краевого уг,ла между поверхностью твердого тала и мениском контактирующей с ним жидкости на границе с газовой средой путем наблюдения за капиллярным эффектом. Цель - повышение точности определения краевого угла смачивания между твердой поверхностью и несмачивающей ее жидкостью sa счет исключения погрешности измерения геометрических размеров капилляра.Способ включает определение давления в капилляре из исследуемого материала.

Жидкость пропускают через капилляр под действием гидростатического давления исследуемой жидкости. Фиксируют величины давлений в моменты потери устойчивости границы раздела фаз во входном и выходном сечениях капилляра. По отношению давлений, пропорциональному отношению уровней жидкости, определяют искомую величину.

3 ил.

1377680

Изобретение относится к определению физико-химических параметров жидкостей и твердых тел, в частности к определению краевого угла между по" верхностью твердого тела и мениском контактирующей с ним жидкостью на границе с газовой фазой, путем наблюдения за капиллярным эффектом.

Цель изобретения — повышение точности определения краевого угла сма чивания между твердой поверхностью и несмачивающей ее жидкостью : эа счет исключения погрешности измерения геометрических размеров капил ляра.

На фиг.! изображено измерительное стройство; на фиг.2 - формирование поверхности раздела фаз во входном сечении исследуемого капилляра в процессе измерения; на фиг. 3 - то же, выходное сечение.

Способ осуществляется следующим образом.

В относительно широкий прозрачный сосуд 1, установленный вертикально, с вмонтированным в его нижнюю часть через уплотнитель 2 исследуемым капилляром 3 через капельницу 4 медленно подают жидкость 5. Появление жидкости в выходном сечении капилляра 3 фиксируют оптической системой 6.. .Во входном сечении капилляра формируется выпуклая вниз поверхность раздела фаз. Предполагая, что эта поверхность сферическая, что справедливо для тонких капилляров, ее радиус кривизны будет равен R sink где R - радиус капилляра; и - угол между горизонтальной плоскостью и касательной к поверхности раздела в месте контакта жидкости со стенкой, причем oL = В - r/2, где - краевой угол смачивания.

По мере заполнения сосуда жидкостью и увеличения ее уровня Н возрастает гидростатическое давление жидкости на поверхности раздела фаз, при этом прогиб поверхности раздела будет увеличиваться, пока не произойдет потеря ее устойчивости (при высоте Н=Н„) и движение вниз до выходного сечения капилляра. Предельное условие устойчивости поверхности раздела:

Р, = p яН, = 2G sins/R1,ý, где G - коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость - газ; р - плотность Исследуемой жидкос" ти, В общем случае в выходном сечении капилляра также образуется выпуклая вниз поверхность раздела фаз, кривизна которой уменьшается при увеличении гидростатического давления в капилляре при дапьнейшем увеличении уровня жидкости в сосуде вплоть до момента .потери, устойчивости и начала капельного истечения жидкости при ее уровне в сосуде Н=Н . Предельное условие равновесия для этого случая1

Р = (i1 Н = 2G/R,.

Решая систему уравнений относительно с учетом Ы, = 8 - г/2 получают выражение для величины краевого угла смачивания через отношение давлений:

cos 8 = Н,/Н

В зависимости от степени смачива- ния поверхности жидкостью, диаметра ,и высоты исследуемого капилляра при

30 исследовании возможны следующие варианты.

1. При заполнении сосуда жидкостью последовательно происходит формирование поверхности раздела во входном сечении капилляра, потеря устойчивости поверхности при Н=Н, и движение ее вниз по капилляру до достижения выходного сечения, стабилизация по- верхности раздела, потеря устойчивос4р ти при Н=Н начало капельного истечения.

2. Стабилизация поверхности разде" ла в выходном сечении капилляра не происходит, а начинается капельное

4g истечение, прекращающееся беэ полного опорожнения сосуда, с образованием поверхности раздела в выходном сечении. Производят повторное заполнение сосуда и фиксируют Н=Н, когда начинается, капельное истечение.

3. При Н=Н, происходит капельное истечение, заканчивающееся полным опорожнением сосуда. Производят замену капилляра, уменьшая его высоту и диаметр пока не ре л зуетс вариант

1 или 2 и производят измерение Н, и Н .

4. Образование поверхности раздела фаз во входном сечении не проис1377680 и фц8. 8

Составитель В.Пересадько

Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Редактор M.Òîâòèí

Тираж 847 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 862/37

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ходит. Угол 8 - г/2. Способ не работоспособен.

Положительный эффект от использования изобретения достигается за счет того, что в расчетное уравнение входят всего две величины - уровни жидкости в сосуде, которые возможно измерить с высокой точностью. Погрешнбсть, связанная с влиянием объема капилляра на точность определения давления, может быть уменьшена при увеличении объемов сосуда 1 и капилляра 3.

Формула из обретения

Способ определения краевого угла смачивания между жидкостями и твердыми телами, включающий определение давления в калилляре иэ исследуемого материала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности определения при исследовании жидкостей, не смачивающих поверхност ь, за счет исключения погрешности измерения геометрических размеров

)p капилляра, жидкость пропускают через капилляр под действием гидростатичес" кого давления исследуемой жидкости, фиксируют величины давлений в моменс ты потери устойчивости границы раз15 дела фаз во входном и выходном сечениях капилляра и по отношению давлеI ннй, пропорциональному отношению уровней жидкости определяют искомую величину,