.
Метод основан на определении диаметра и высоты газового пузырька или капли. Большие размеры пузырька способствуют его деформации в направлении силы земного притяжения. Помимо этого на деформацию оказывает влияние поверхностное натяжение среды, в которой находится пузырек. Если речь идет о капле, то кривизну поверхности определяет поверхностное натяжение жидкости, составляющей каплю.
Существует одна интересная работа, посвященная выявлению закономерности между деформацией пузырька и поверхностным натяжением: А.Ю.Кошевник, М.М.Кусаков, Н.М.Лубман, ЖФХ, 27, вып. 12, стр. 1887, 1953г. Следуя выводам авторов, можно утверждать, что поверхностное натяжение вычисляется следующим образом (см. рисунок):
= d2
g /H,
где
d - диаметр пузырька;
- плотность исследуемой среды;
g - ускорение свободного падения;
1/H - параметр, зависящий от d/2h. Вычисляется с помощью таблицы.
В сокращенном виде таблица выглядит следующим образом:
d/2h |
1/H |
d/2h |
1/H |
1,15 |
0,3304 |
1,6 |
0,06132 |
1,2 |
0,2373 |
1,65 |
0,05527 |
1,25 |
0,1824 |
1,7 |
0,05018 |
1,3 |
0,1466 |
1,75 |
0,04584 |
1,35 |
0,1212 |
1,8 |
0,04211 |
1,4 |
0,1027 |
1,85 |
0,03886 |
1,45 |
0,0885 |
1,9 |
0,03604 |
1,5 |
0,07749 |
1,95 |
0,03353 |
1,55 |
0,06860 |
2,00 |
0,03132 |
На первый взгляд, достаточно сложно собрать экспериментальную установку для определения поверхностного натяжения. Первое, что приходит в голову - это использовать катетометр, который позволяет определять размеры предмета на расстоянии. Однако, такой прибор очень дорог, особенно в наше время. Возможность использования хорошей фотографической аппаратуры тоже энтузиазма не вызывает.
Мой личный опыт показывает, что можно обойтись более дешевыми средствами. В свое время я занимался фотографированием газовых пузырьков методом экспонирования изображения непосредственно на фотобумагу формата А4. В основе установки был разобранный фильмоскоп, источник света которого освещал кювету с исследуемой жидкостью, а объектив проецировал крупное изображение на экран с фотобумагой. Фокусное расстояние объектива было 78 мм.
Конструкция кюветы была проще некуда: обычная спектрофотометрическая кювета (l=5 см) накрытая покровным стеклом. Под стекло выдувался пузырек воздуха. Кювета стояла в лотке с песком, чтобы ее можно было легко выровнять вдавливанием в песок с помощью пузырькового уровня.
Прежде чем добиться удовлетворительных результатов, мне пришлось преодолеть проблему с калибровкой. Следовало найти необходимый эталон с известными размерами и поместить его точно в то место, где перед этим находился пузырек воздуха. Хорошо подошел в качестве эталона шарик от подшипника. Поскольку он идеально кругл, очень легко подсчитать вертикальную и горизонтальную поправки. Я имею в виду то обстоятельство, что изображение шарика не будет круглым, поскольку экран, на который проецируется изображение, располагается не строго перпендикулярно оптической оси объектива, а поправки позволят вычислять истинные величины высоты и ширины проецируемого объекта.
Проблему с позиционированием шарика и пузырька воздуха я решил тоже просто: над позиционируемым объектом я поместил обычную трубку с диаметром, приблизительно равным диаметру шарика и пузырька. Если глядеть через нее, не приближая глаз к трубке, то можно добиться того, что края трубки и края шарика будут близки. Это значит, что объект можно будет достаточно точно помещать в одно и тоже место. Сами за себя говорят результаты измерений размера шарика:
Результаты измерения изображения шарика диаметром 7,938 мм при температуре 220
С.
N опыта |
высота, мм |
ширина, мм |
1 |
169,4 |
170,4 |
2 |
169,5 |
170,25 |
3 |
169,6 |
170,25 |
среднее |
169,5 |
170,3 |
Несложный расчет показывает, что ошибка операции позиционирования и измерения составляет 0,06%.
Об алгоритме измерения параметров газового пузырька я могу рассказывать долго и с восторгом, но в настоящее время, когда можно без труда найти компьютер со сканером, это никому не интересно.
Скажу одно: в обработке изображений объектов эллиптической формы без компьютера я преуспел. Делал я это с помощью штангенциркуля, прозрачной пленки для эпидиаскопа, швейной иглы и линейки.
Не нужно говорить о том, что для уменьшения ошибки опыты нужно проводить сериями. Каждая серия должна состоять из фотографирования эталона (шарика) и анализируемого объекта (капли или пузырька). Фотографирование должно проводиться на фотобумаге одной партии. После проявления, степень влажности фотобумаги должна быть одинаковой.
Качество обработки изображений было подстать точности позиционирования пузырька воздуха. Результаты экспериментов, проведенных на одном пузырьке, были следующими:
N опыта |
h, мм |
d, мм |
1 |
78,65 |
252,5 |
2 |
78,6 |
252,2 |
3 |
78,6 |
252,35 |
среднее |
78,6 |
252,4 |
*) В каждом опыте пузырек заново позиционировался.
Полученные результаты позволяют надеяться, что можно проводить измерения поверхностного натяжения с точностью 0,1 дин/см.
Только в одном я не преуспел. Я наивно полагал, что покровное стекло, под которое выдувался пузырек, может быть шероховатым (матовым). Шероховатость была нужна для того, чтобы удерживать пузырек на одном месте. Однако оказалось, что шероховатое стекло не позволяет добиться воспроизводимых результатов. По-видимому, следует использовать слабовогнутое стекло, благо это испробовано в ряде работ.
Другие работы по теме:
Поверхностное натяжение и адсорбция на границе вода-воздух
Поверхностное натяжение как результат асимметрии сил когезии на поверхности. Связь адсорбции поверхностно-активных веществ на границе жидкость-воздух с критическим параметром упаковки. Применение теории регулярных растворов к поверхностному натяжению.
Пенообразование в растворах поверхностно-активных веществ
Понятие пены как дисперсии газа в жидкости или в твердой фазе. Основные условия пенообразования. Устойчивые и неустойчивые пены. Силы, действующие на пену. Использование концепции критического параметра упаковки. Влияние полимеров на устойчивость пен.
Адсорбция на границе раздела фаз жидкость газ
Калмыков П. Работа №3 Адсорбция на границе раздела фаз жидкость – газ. Цель работы: Определение поверхностного натяжения растворов. Построение изотермы поверхностного натяжения =f(с). Расчет величин адсорбции Г при различных концентрациях вещества. Построение изотермы адсорбции Г=f(с).
Термодинамика поверхностного слоя
Лиофильные и лиофобные системы. Способы получения дисперсных систем. Определение границы поверхностного слоя. Методы измерения поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры и концентрации. Полная поверхностная энергия.
Жидкое состояние вещества 3
Министерство образования и науки РФ Сердобский с/х техникум Доклад По дисциплине: Физика На тему: Жидкое состояние вещества Выполнила студентка Т-11 группы
Кипение
– процесс парообразования в объеме перегретой жидкости (температура > температуры насыщения). Характеризуется образованием новых поверхностей раздела фаз.
Поверхностное натяжение
Вологодский государственный педагогический университет Курсовая работа по теме МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ. Выполнил
Натяжение жидкости. Принцип работы сталагмометра
Сущность и характерные особенности поверхностного натяжения жидкости. Теоретическое обоснование различных методов измерения коэффициента поверхностного натяжения по методу отрыва капель. Описание устройства, принцип действия и назначение сталагмометра.
Поверхностное натяжение. Капиллярные эффекты
Содержание Содержание 1 Введение 2 Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение 4 Заключение 13 Список источников 14 Введение Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение
Сила поверхностного натяжения, это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности. Действие сил поверхностного натяжения. Метод проволочной рамки. Роль и проявления поверхностного натяжения в жизни.
Измерение динамической вязкости жидкостей и газов
Лабораторная работа ИЗМЕРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ ель работы Углубить теоретические представления о механизмах возникновения внутреннего трения в жидкости. Освоить методы измерения вязкости жидкостей.
Смачивание, капиллярность
Федеральное Агентство по образованию Российской Федерации ФГОУ СПО Хакасский политехнический колледж Внеаудиторная самостоятельная работа №1 На тему: «Смачивание, капиллярность»
Табличные значения наиболее распространенных жидкостей
П.В.Скулов, Физический факультет БГПУ В таблице приведены значения:плотность, удельная теплоемкость, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования,температура плавления, температура кипения, коэффициент поверхностного натяжения, динамическая вязкость, скорость распространения звука.
Ключевые слова
Ключевые слова. Гомогенная и гетерогенная нуклеация, пузырьки, автомодельность, конденсация, активационные барьеры, слоистые среды, распространение и рассеяние рентгеновского излучения, идеальные и неидеальные интерфейсы
Определение поверхностного натяжения методом счета капель
Метод счета капель считается самым простым способом измерения поверхностного натяжения с технической точки зрения. В основе расчетов лежит закон, согласно которому вес капли, отрывающейся от пипетки, пропорционален поверхностному натяжению.
Рецепты препаратов, применяемых в ЛОР клинике
ЛОР - рецепты Адреналин с борной кислотой Rp.: Sol.Acidi borici 2% - 10,0 Sol. Adrenalini hydrochloridi 0,1% gtts X M.D.S. По 2 капли в каждую половину носа ребенка за 5 минут до кормления.
Рецепты препаратов применяемых в ЛОР клинике
ЛОР - рецепты Адреналин с борной кислотой Rp.: Sol.Acidi borici 2% - 10,0 Sol. Adrenalini hydrochloridi 0,1% gtts X M.D.S. По 2 капли в каждую половину носа ребенка за 5 минут до кормления.
Особенности роста пузырька газа в жидкости
Пузырьки газа в жидкости могут расти двумя способами: за счет диффузионного потока через ограничивающую его поверхность, за счет притока частиц к границе из-за конвективных потоков.
Просветление тумана в электрическом поле
Приводится теоретическое обоснование возможности просветления тумана в однородном электрическом поле, а так же приводится анализ экспериментов, который позволят определить роль однородного электрического поля в рассеивании тумана.
Кинетика кипения воды в поле силы тяжести
Эволюция воздушных и паровых пузырьков на дне сосуда. Форма пузырьков. Пузырьки пара. Подъем пузырька с уменьшением радиуса. Измерение шумов, сопровождающих кипение.
Танганьика мандат
Танганьика (англ. Tanganyika) — название восточноафриканской территории (и с 9 декабря 1961 года до 26 апреля 1964 года независимого государства) лежащей между наибольшими из африканских Великих озёр: озером Виктория, озером Малави и озером Танганьика, названной в честь последнего. Ранее часть колонии Германская Восточная Африка, ныне материковая часть Танзании.
Glaucus atlanticus
Введение 1 Строение 2 Окраска 3 Питание 4 Размножение 5 Филателия Список литературы Введение Вскрытый моллюск. Иллюстрация из Atlas Zoologique du Voyage de la corvette La Bonite (1852).
Физико-химическая модель процессов в анодном микроразряде
Oксидные слои, образующиеся на анодах из алюминия, титана, тантала и некоторых других металлов при прохождении электрического тока между электродами, погруженными в электролит, обладают в ряде случаев высокими защитными и диэлектрическими свойствами.
Моющие средства
Происхождение и история развития промышленнности моющих средств.
Табличные значения наиболее распространенных жидкостей
В таблице приведены значения:плотность, удельная теплоемкость, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования,температура плавления, температура кипения, коэффициент поверхностного натяжения, динамическая вязкость.
Нивелир Н-3
В работе рассказывается о роли и назначении нивелира Н-3.