Доклад : Измерение поверхностного натяжения методом лежащей капли ( газового пузырька) 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Доклад >> Математика


Измерение поверхностного натяжения методом лежащей капли ( газового пузырька)




Измерение поверхностного натяжения методом лежащей капли ( газового пузырька).

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 220С.

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.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.novedu.ru/

Похожие работы:

  • Химия, элементы таблицы Менделеева

    Реферат >> Химия
    ... методике главного измерения l открывает ... известного натяжения. Под воздействием поверхностного натяжения ... отдельные капли воды, ... мере совершенствования методов газового анализа число ... различных физических методов. Лежащие за ... его пузырьки частично закупоривают ...
  • Неотложная помощь в невропатологии

    Книга >> Медицина, здоровье
    ... поверхностное, мышечная гипотония. Бывают похолодания конечностей, капли ... необходимо контролировать измерением артериального ... больного (у лежащего на ... методы экспресс-диагностики: ВИЭФ (метод ... симптомы натяжения нервных ... пристеночные газовые пузырьки создают ...
  • Технология обработки конструкционных материалов

    Учебное пособие >> Промышленность, производство
    ... пузырькам , а также газы, проникающие в пузырьки ... С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается. ... электрода. Капли расплавленного ... рядом лежащих ... газовой фазы. Получаемое таким методом ... поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к ...
  • Развитие, становление и основные аспекты фармации

    Книга >> Медицина, здоровье
    ... между поверхностным натяжением и ... . Лежащие в ... методов можно использовать кондуктометрию, кулонометрию и метод диэлектрических измерений. К методам ... К данным методам относят и газожидкостную (газовую) хрома-тофафию ... пузырьков газа ... каплями минеральной ...
  • Респираторный дистресс-синдром у новорожденных

    Учебное пособие >> Медицина, здоровье
    ... кислородом, измеренный в артериальной ... - гидрофобные - снижают поверхностное натяжение альвеол за счет стимуляции ... , лежащие в ... 1-2 капли физиологического ... Контролировать газовый состав ... метод. Рекомендация, 2007) Трансиллюминация. Метод ... Появление пузырьков воздуха ...
  • Вакуумное напыление

    Курсовая работа >> Промышленность, производство
    ... распыление в несамостоятельном газовом разряде 3. Технология ... поверхностного натяжения удерживается в виде капли на ... дополняют средствами измерения и контроля, ... существования пузырька в расплаве и радиус пузырька, ... , лежащих в основе каждого метода, позволяет ...
  • Ремонт и обслуживание скважин и оборудования для бурения

    Учебное пособие >> Геология
    ... нефтяных (газовых) и ... лежащий ... поверхностно-активными веществами Поверхностно – активные вещества (ПАВ) – вещества, снижающие поверхностное натяжение ... капли воды ... с пузырьками сжатого ... измерения расходомером и локатором муфт. В качестве дополнительных методов ...
  • Охрана труда - основные термины, понятия, определения

    Учебное пособие >> Безопасность жизнедеятельности
    ... , лежащая между ... методы, использующие звукоизоляцию и звукопоглощение, малоэффективны. Измерение ... ее поверхностного натяжения вводят ... углерода). Пузырьки газа обволакиваются ... установках газового пожа­ротушения применяют ... выступает отдельными каплями повсей ...
  • Концепции современного естествознания

    Шпаргалка >> Биология
    ... добавочного четвёртого измерения нет, есть ... разработал метод составления ... теория». Мелкие капли круглые. Шар ... о силе поверхностного натяжения, выравнивающей ... световых лет. Газовые вихри, разогреваясь ... мантии, лежащей под ... жидкостью. Стенки пузырька и есть амнион, ...
  • Химическая устойчивость натрий-кальциевых и химико-лабораторных стекол

    Дипломная работа >> Промышленность, производство
    ... человека преобразует каплю в ... чего пузырьки больших размеров ... , снижающие поверхностное натяжение стекломассы; ... стекломассы газовые пузыри, ... метод и метод атомной абсорбции. Метод ... расширения является измерение линейных размеров ... . - плохо лежащим товаром - груз ...