Метод наибольшего давления в пузырьке газа
Лекции.ИНФО


Метод наибольшего давления в пузырьке газа



 

Основан на измерении давления, при котором происходит отрыв пузырька газа (воздуха), выдуваемого в жидкость через капилляр.

 

Силы поверхностного натяжения препятствуют образованию пузырька (при этом создаётся новая поверхность раздела фаз жидкость - газ). При медленном продавливании пузырька из капилляра в жидкость в нем возникает избыточное внутреннее давление, которое определяется поверхностным натяжением жидкости и кривизной поверхности пузырька. В момент отрыва пузырька от кончика капилляра внутреннее давление максимально и пропорционально σ.

Измерения проводят на приборе Ребиндера(*) (см. рис.2.9). Кончик капилляра погружают в жидкость так, чтобы он лишь касался жидкости и приподнимал мениск вверх на 1 - 2 мм. При таком условии поправкой на гидростатическое давление при образовании пузырьков можно пренебречь. Измеряют давление Р0, необходимое для выдавливания пузырька газа в жидкость с известным поверхностным натяжением σ0 (обычно воды), а затем - Рe исследуемой жидкости.

 

 

Рис.2.9. Схема установки для измерения поверхностного натяжения методом наибольшего давления в пузырьке газа:

1 измерительная ячейка, 2 – капилляр, 3 – аспиратор, 4 – кран, 5 – манометр, 6 – регулятор температуры, 7 – термостат, 8 – контактный, 9 – термометр

 

 

Под действием приложенного извне избыточного давления ΔР через капилляр продавливается пузырек воздуха. По мере роста пузырька радиус кривизны уменьшается и становится минимальным при r= rо (когда поверхность пузырька принимает форму полусферы). При увеличении объема пузырька радиус кривизны возрастает r> rо, следовательно, капиллярное давление Рσ=2σ/r при r= rо достигает максимума Рσ=2σ/rо.

При ΔР> 2σ/rо капиллярное давление не может уравновесить приложенного давления ΔР, и пузырёк теряет устойчивость:

σ= ½ ΔРmax rо

Нужно вводить поправки на сферичность поверхности.

 

Метод отрыва кольца (Дю-Нуи). Измеряется усилие F, необходимое для отрыва от поверхности жидкости тонкого кольца rk, хорошо смачиваемого жидкостью (θ=0). Метод похож на метод Вильгельми:

, (2.24)

где К – поправочный коэффициент., зависит от геометрии кольца.

Сталагмометрический метод (счета или взвешивания капель)

Основан на определении веса капли, отрывающейся под действием силы тяжести от среза капилляра. В момент отрыва капли ее вес Р уравновешивается силами поверхностного натяжения, умноженными на длину окружности капилляра с радиусом rо: Р=2π rоσ/k. (2.25)

где k - поправочный коэффициент, учитывающий, что отрыв капель происходит по радиусу шейки капли, который меньше радиуса самой капли.

В этом методе есть сложности в определении формы и размера капли, отрывающейся от капилляра.

Можно определить поверхностное натяжение жидкости по счету капель (см.рис.2.10):

Рис.2.10. Схема сталагмометра: 1 - капилляр, 2 -верхняя метка, 3 - нижняя метка.

 

 

Начинают считать капли при прохождении жидкостью верхней отметки (2) и заканчивают - при достижении нижней (3).

 

Определив количество капель nо жидкости, поверхностное натяжение σ0 и плотность ро которой хорошо известны (обычно воды), а затем - число капель n исследуемой жидкости, вытекающей из того же объема, определяют искомое поверхностное натяжение исследуемой жидкости по уравнению:

(2.26)

где р - плотность исследуемой жидкости.

3) Динамические методы. Имеют более специальное назначение: применяются для изучения неравновесных состояний поверхностных слоев жидкости.

Это особенно относится к методу колеблющихся струй. Он изучает свойства поверхности жидкости через малые промежутки времени после их образования. С помощью эллиптического отверстия образуют струю в форме эллиптического цилиндра. Под действием сил поверхностного натяжения, которые стремятся придать струе форму цилиндра с круговым сечением и инерционных сил устанавливаются поперечные колебания струи – большая и малая оси эллипса поочередно меняются местами.

Теория, развитая Рэлеем(16), а затем Нильсом Бором(17) и Сатерлендом позволяет связать длину волны λ на поверхности струи с σж.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 188;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная