![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Промышленность и Производство
Техника
Определение поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке |
Определение поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке. Метод состоит в том, что в исследуемую жидкость через капилляр вдувается воздушный пузырек. Давление воздуха (P), которое нужно для отрыва пузырька от капилляра является искомой величиной, которая используется для дальнейшего расчета коэффициента поверхностного натяжения. Коэффициент (s ) рассчитывается по следующей формуле: P=(r - r воз) g H 2s / R, где r - удельный вес исследуемой жидкости; r воз - удельный вес воздуха; g - ускорение свободного падения; R - радиус капилляра; H - глубина погружения капилляра в жидкость. Из формулы видно, что первое слагаемое определяется давлением столба жидкости от погружения капилляра, а второе - избыточным давлением, которое создает поверхностное натяжение. Простота формулы не гарантирует удовлетворительной точности определения коэффициента поверхностного натяжения. Это связано с тем, что в основе формулы лежит предположение, что пузырек воздуха в момент отрыва строго сферичен. Такое предположение справедливо только в том случае, если радиус капилляра достаточно мал. Условия реального эксперимента требуют введения поправок. Наиболее распространены 2 способа корректировки результатов: формула Шредингера и таблицы Сагдена. Различия между этими способами состоят в том, что таблица позволяет делать поправки в более широком диапазоне отклонений формы пузырька от сферической формы. Формула Шредингера выглядит следующим образом: a2 = RH (1 - 2R/3H - R2 /6H2), где a2 - капиллярная постоянная; H - давление отрыва пузырька, выраженное в единицах высоты столба исследуемой жидкости. В свою очередь a2 = 2s / g (r - r воз). Таким образом, капиллярная постоянная прямопропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения. Излишне говорить о том, что формула Шредингера не учитывает погружения капилляра в жидкость. Применение формулы Шредингера ограничено радиусом капилляра в 0,4 мм, если измерять поверхностное натяжение в растворах с s =20-70 дин/см. Погрешность расчетов при этом составляет 0,3 %. Использование капилляров большего размера сопряжено с большей ошибкой расчетов! Более точные результаты для больших размеров капилляра можно получить с помощью таблицы Сагдена. R/a X/R 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0 1 0,9999 0,9997 0,9994 0,999 0,9984 0,9977 0,9968 0,9958 0,9946 0,1 0,9934 0,992 0,9905 0,9888 0,987 0,9851 0,9831 0,9809 0,9786 0,9762 0,2 0,9737 0,971 0,9682 0,9653 0,9623 0,9592 0,956 0,9527 0,9492 0,9456 0,3 0,9419 0,9382 0,9344 0,9305 0,9265 0,9224 0,9182 0,9138 0,9093 0,9047 0,4 0,9 0,8952 0,8903 0,8853 0,8802 0,875 0,8698 0,8645 0,8592 0,8538 0,5 0,8484 0,8429 0,8374 0,8319 0,8263 0,8207 0,8151 0,8094 0,8037 0,7979 0,6 0,792 0,786 0,78 0,7739 0,7678 0,7616 0,7554 0,7493 0,7432 0,7372 0,7 0,7312 0,7252 0,7192 0,7132 0,7072 0,7012 0,6953 0,6894 0,6835 0,6776 0,8 0,6718 0,666 0,6603 0,6547 0,6492 0,6438 0,6385 0,6333 0,6281 0,623 0,9 0,6179 0,6129 0,6079 0,603 0,5981 0,5933 0,5885 0,5838 0,5792 0,5747 1,0 0,5703 0,5659 0,5616 0,5573 0,5531 0,5489 0,5448 0,5408 0,5368 0,5329 1,1 0,529 0,5251 0,5213 0,5176 0,5139 0,5103 0,5067 0,5032 0,4997 0,4962 1,2 0,4928 0,4895 0,4862 0,4829 0,4797 0,4765 0,4733 0,4702 0,4671 0,4641 1,3 0,4611 0,4582 0,4553 0,4524 0,4496 0,4468 0,444 0,4413 0,4386 0,4359 1,4 0,4333 0,4307 0,4281 0,4256 0,4231 0,4206 0,4181 0,4157 0,4133 0,4109 1,5 0,4085 - - - - - - - - - Таблица отражает влияние величины R/a на величину X/R.
Следует пояснить, что X = a2 / H. При очень малом радиусе капилляра X=R. Увеличение радиуса приводит к уменьшению X. Внимательный взгляд выявляет в таблице два искомых параметра - a и X. В связи с этим процесс поиска величины, а значит и коэффициента поверхностного натяжения, не так прост, поскольку приходится производить вычисления методом последовательного приближения. Исходным приближением отношения R/a является величина (R/H)1/2. Для этого значения по таблице находится X/R. Пользуясь найденным X, вычисляется следующее приближение R/a, которое равно R/(X H)1/2. Для вновь полученного значения по таблице находится X, и процесс нахождения R/a повторяется. Вычисления завершаются тогда, когда различие вычисленных значений капиллярной постоянной становится удовлетворительным, т.е. отвечает необходимой точности измерений. Описанные выше расчеты показывают, что без компьютерной программы производить расчеты по таблице Сагдена очень непросто. Личный опыт использования метода максимального давления в воздушном пузырьке для меня был интересен, прежде всего, конструированием аппарата для проведения измерений (см. рисунок). Как это не покажется странным, избыточное давление в аппарате для выдавливания пузырька воздуха создается манометром. (Как называется манометр, я уже не помню.) Дело в том, что в этом помогает конструкция манометра, состоящая из 2-х сообщающихся резервуаров, в которые налита дистиллированная вода. В обычном своем применении манометр работает следующим образом. Поднятием резервуара 1, находящегося в корпусе манометра с помощью регулятора 3, создается перепад уровня жидкости, который компенсирует внешнее измеряемое давление. На достижение равенства внешнего давления и давления, создаваемого манометром, указывает оптический датчик 2. Таким образом, высота поднятия резервуара эквивалентна измеряемому давлению. Манометр позволяет измерять давление с точностью 0,01 мм водного столба. В нашем случае манометр используется только для создания давления, необходимого для отрыва пузырька воздуха от капилляра. Однако процесс выдавливания пузырька воздуха сопровождается некоторым изменением уровня жидкости в сосуде-датчике 2, что безусловно искажает результаты измерения давления. Для предотвращения этого эффекта служит воздушный колокол, с помощью которого через зажим Мора можно корректировать негативное изменение уровня жидкости в манометре. Процесс измерения протекает следующим образом. Устанавливается большой перепад уровня жидкости в воздушном колоколе, после чего соединительный шланг пережимается зажимом Мора. Устанавливаются показания манометра на ноль. Капилляр опускается в исследуемую жидкость. В момент соприкосновения капилляра с жидкостью, датчик манометра дает характерную реакцию. Это удобно, поскольку позволяет проводить измерения в непрозрачных сосудах. Вращением регулятора манометра, повышается давление в аппарате до момента отрыва пузырька воздуха. В процессе повышения давления необходимо регулярно компенсировать изменение уровня жидкости в датчике манометра, открывая зажим Мора. Найденное значение высоты поднятия резервуара в манометре равно искомому давлению в миллиметрах водного столба.
Список литературы
Всесоюзного теплотехнического института. Автоматические Г. непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов. По принципу действия автоматические Г. могут быть разделены на 3 группы: 1) приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких Г., называемых объёмно-манометрическими или химическими, определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов. 2) Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические, хроматографические и др.). Термохимические, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения ) газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе). Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ
1. Измерение поверхностного натяжения методом лежащей капли ( газового пузырька)
9. Метод прогонки решения систем с трехдиагональными матрицами коэффициентов
10. История изучения капиллярных и поверхностных сил
14. Метод моментов в определении ширины линии магнитного резонанса
15. Влияние поверхностного потенциала воды на реологические свойства дисперсных систем
16. Методы определения экономической и психологической эффективности продвижения товаров
17. Методы определения требований к кандидатам на замещение вакантной должности
21. Определение индуктивности катушки и ее активного сопротивления методом резонанса
25. Лазерный спекл-коррелятор для исследования поверхностных процессов
26. Обработка материалов давлением, определение потерь напора
28. Взаимодействие электронов с поверхностными акустическими волнами
31. Охрана поверхностных и подземных вод
32. Охрана поверхностных и подземных вод
33. Теоретические методы определения
35. Метод определения цены с ориентацией на спрос
36. Особенности учетной политики для организаций, перешедших на кассовый метод определения прибыли
37. Использование метода весовых коэффициентов при оценке производителей
41. Вычисление определенного интеграла методом трапеций и средних прямоугольников
42. Ряды Фурье. Численные методы расчета коэффициентов
43. Метод определения спроса на основе анализа цен и объемов продаж
44. Поверхностная лазерная обработка
45. Обеспечение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя конструкционной керамики
46. Методы определения и измерения сильных сторон личности
47. К проблеме охраны подземных и поверхностных вод Бутурлиновского района Воронежской области
48. Современные проблемы поверхностного стока в Украине
50. Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ)
51. Поверхностное улучшение природных лугов в лесной зоне
52. Зависимость нефтеотдачи пластов от поверхностных явлений
53. Определение коэффициентов потерь в местных гидравлических сопротивлениях
57. Проектирование и конструирование фильтров на поверхностных акустических волнах
58. Методы определения рН мяса
60. Определение рационального метода лечения на основе истории болезни
61. Свойства артериального пульса и методы исследования артериального давления
62. Выбор методов контроля сварных соединений и пробного давления гидроиспытания по заданным условиям
64. Методы и средства контроля давления. Поплавковые и гидростатические уровнемеры
65. Определение перемещения методом Мора. Правило Верещагина
66. Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением
67. Шлифовка пластин. Поверхностные покрытия и антикоррозионная защита
68. Расчёт электрических нагрузок объектов методом коэффициента максимума
69. Определение моментов инерции тел методом трифилярного подвеса
73. Коллоидная химия и поверхностные явления
74. Методы определения содержания свинца, цинка, серебра в питьевой воде
75. Смеси поверхностно-активных веществ и белков
76. Твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к поверхностно-активным веществам
77. Термодинамика поверхностного слоя
78. Химический метод Винклера для определения растворенного кислорода
79. Хром и методы его определения
80. Поверхностно-активные вещества
81. Полимеризующиеся и специальные поверхностно-активные вещества
82. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом
83. Прогнозирование критического давления. Основные методы прогнозирования
84. Газохроматографический метод определения загрязненности воздуха
85. Поверхностно-активные вещества как загрязнители окружающей среды
89. Новые методы определения и расчета экономической эффективности инвестиций
90. Экономическая сущность и методы определения эффективности использования оборотных средств
91. Исследование природных ресурсов планеты с помощью космических методов
92. Исследование клеточного цикла методом проточной цитометрии
93. Определение активности ферментов
94. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА
95. Методологическое значение сравнительного метода в зоологических исследованиях
96. Метод радиоавтографии в биологии