Метод вимірювання маси предмета в поверхневому шарі рідини

МетодВільгельмі – урівноваження тонкої пластинки, зануреної в рідину, – один з найбільш точних методів визначення поверхневого натягу, що не вимагає введення будь-яких поправок, дуже простий у використанні.

Найбільш поширена схема установки для визначення поверхневого натягу цим методом наведена на рис. 1.7. Установка включає платівку 1, частково занурену в рідину 2. Глибина занурення залежить від поверхневого натягу рідини. Спочатку платівку фіксують на нулевомуровне відліку вимірювального пристрою 3, в якості якого використовують електричні або торсіонні ваги. Потім з помощьюпод’емного пристрої 4 піднімають рівень рідини в термостатіруемого посудині 5 до тих пір, поки вона не торкнеться платівки.

При контакті з рідиною по периметру пластинки утворюється меніск і платівка втягується в рідину. Сумарна маса піднятої на висоту h рідини, яка припадає на одиницю периметра платівки, не залежить від форми меніска і при повному змочуванні (крайовий кут змочування Q = 0) дорівнює s. Якщо платівку повернути у вихідне положення таким чином, що її нижня поверхня буде розташовуватися строго на рівні поверхні, то поверхневий натяг можна розрахувати за рівнянням. За допомогою ваг фіксується збільшення маси або визначається сила F, необхідна для врівноваження платівки при її поверненні в початкове положення. Якщо нижня частина пластинки знаходиться нижче рівня рідини на глибині H, то необхідно враховувати виштовхуючу силу f = AHrg = lbHrg, де r – щільність рідини; A – площа поперечного перерізу платівки. В якості погружаемого предмета використовують тіла різної форми, виготовлені з різних матеріалів: пластинки з тонкого скла, платини, полімеру; стрижні круглого і трикутного перетину; дротові рамки та каркаси різноманітної форми. У процесі вимірювання предмети занурюють або строго вертикально, або (з метою підвищення точності визначення поверхневого натягу) під певним кутом a.

Вимірювання маси частково зануреного тіла в установках, що працюють на підставі принципу Вильгельми, проводиться за допомогою різних пристроїв: торзіонних ваг, ваг Кулона, кварцових ниток або спіралей і ін Глибину занурення предмета в досліджувану рідину найчастіше встановлюють за допомогоюмікровінтов або вимірюють катетометри.

Тривалість існування поверхні розділу фаз при вимірюванні поверхневого натягу може бути встановлена від кількох секунд до кількох хвилин. Точність вимірювання поверхневого натягу за цим методом визначається похибкою застосовуваних пристроїв, що використовуються для вимірювання маси або глибини занурення. Вона залежить від того, наскільки строго дотримується при вимірюванні стан спокою досліджуваної рідини і заданий розташування предмета по відношенню до поверхні розділу фаз. Сучасні прилади можуть працювати за принципом вимірювання маси тіла при підтримці сталості глибини занурення або вимірювання глибини занурення при сталості маси тіла. Похибка вимірювання складає 0,5 %. При використанні вторинних приладів, відкаліброваних безпосередньо в одиницях поверхневого натягу, вимірювання можна автоматизувати.

Посилання на основну публікацію