Метод циліндра та інші методи 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Метод циліндра та інші методи



 

Метод заснований на аналогічному принципі. Виточений з досліджуваного зразка циліндр частково занурюється в рідину в горизонтальному положенні. Установка повинна бути оснащена пристосуванням для обертання циліндра навколо його горизонтальної вісі з будь якою заданою швидкістю. Рівень рідини регулюється з урахуванням того, щоб при заданій швидкості обертання, як відповідно і натікання або відтікання рідини, її поверхня залишалась строго горизонтальною до периметру змочування. Крайовий кут легко розрахувати, маючи висоту вісі циліндра відносно рівня рідини. При більших крайових кутах точність цього метода вище ніж при малих. Установка повинна бути оснащена застосуванням для очищення або часткового обновлення поверхні рідини.

Принципово аналогічний метод застосовується до тонких дротів або окремим волокнам ткані при умові, що спостереження поверхні ведеться за допомогою мікроскопа (бажано рухомого). Досліджуючи крайові кути при доторканні однієї або двох рідин з твердими волокнами, було визначено, що точність цього метода не менше точності метода пластинки.

При великих крайових кутах достатньо візуального спостереження, щоб перевірити вірність установки циліндра, яка забезпечує горизонтальність поверхні рідини з точністю до 2...3° на протязі до лінії змочування.

При менших кутах чуттєвим методом перевірки горизонтальності поверхні є спостереження відбитого нею зображення освітленої щілини, яка розташована під косим кутом до лінії змочування: якщо поверхня рідини не горизонтальна біля лінії змочування, тоді відбите зображення щілини викривлюється. Можна також розглядати крізь поверхню прямі лінії, проведені на дні кювети під косим кутом до вісі циліндра. При наявності меніска вони також викривлюються.

В одному з дуже чутливих методів для виявлення кінцевих крайових кутів близьких до нуля, фотографують зображення освітленої щілини, відбите від рідкої і твердої поверхонь: злам зображення в точці його перетинання з лінією змочування доказує наявність кінцевого крайового кута.

В іншому методі наповнюють мілку скляну кювету досліджуваною рідиною і нахиляють її так, щоб рідина утворила призму з досить малим переломним кутом. При спостереженні спочатку через скляне дно а потім через рідину (або навпаки) прямої лінії, проведеної на папері паралельно лінії змочування, спостерігач в деякій області не бачить цієї лінії, якщо крайовий кут має кінцеву величину.

Різноманітні оптичні методи визначення направлення світлових променів, відбитих від рідини і твердого тіла поблизу лінії змочування також дозволяють визначати крайовий кут.

В скляних, кварцових та інших прозорих капілярах крайові кути можуть визначатися спостереженням в мікроскоп. Спотворення, через кривизну стінок, можна усувати зануренням капіляру в плоско-паралельну кювету, наповнену рідиною з таким же показником переломлення, як і у матеріалу, з котрого виготовлено капіляр.

Для поверхонь малих розмірів (але достатньої площі, щоб при спостереженні в мікроскоп з невеликим збільшенням вони здавалися плоскими) досить точні результати дає метод пузирів.

Пузир повітря, утворений на кінці вертикальної трубки, доторкається до твердої поверхні, після чого трубка повільно піднімається. Якщо крайовий кут не дуже малий, пузир на деякий час пристає до поверхні, і в горизонтальний мікроскоп, розташований на її рівні, можна спостерігати крайовий кут між поверхнею пузиря і твердого тіла. Цей метод отримав широке застосування при дослідженні поверхонь мінералів. Для визначення крайового кута можна використовувати його залежність від об’єму пузиря і площі його доторкання с твердою поверхнею.

Крайовий кут можна також визначати по висоті капілярного підняття або опускання рідини з відомим поверхневим натягом. Для вузьких капілярів висота підіймання або глибина опускання дорівнює:

(3.3)

де r – радіус капіляра, D – густина рідини.

Співставлення результатів вимірювань після піднімання і опускання стовпа однієї і тієї ж рідини дозволяє визначити гістерезіс.

Інший метод полягає у вимірюванні товщини краплі рідини, яка знаходиться на горизонтальній пластинці, або пузиря під пластинкою. При великих розмірах краплі або пузиря, коли кривизною біля вершини можна знехтувати і якщо розглядати цю частину поверхні як площину, крайовий кут визначається із рівняння:

(3.4)

де D – густина; h – максимальна товщина пузиря або краплі.

В цьому методі важко забезпечити умови натікання або відтікання рідини; можливо, вимірюваний кут є проміжним, причому для крапель він близький до максимального кута натікання, а для пузирів – до мінімального кута відтікання. В рівнянні, знак “+” відноситься до пузирів, а знак “–“ до крапель.

 

Адгезія і змочування

 

Адгезія і змочування це дві сторони одного явища, яке виникає при контакті рідини з твердою поверхнею. Адгезія обумовлюється взаємодією твердого тіла і рідиною, яка знаходиться з ним в контакті, а змочування – це явище, котре має місто в результаті цієї взаємодії

Адгезія визначається взаємодією на межі розділу фаз. Ця взаємодія залежить від величини, котра обумовлює властивості поверхонь. Робота адгезії характеризує взаємодію двох концентрованих фаз з розрахунком на одиницю площі контакту. Робота адгезії рідини на межі з твердою фазою визначається з рівняння Дюпре:

(3.5)

Робота адгезії тим більше чим сильніше взаємодія контактуючих фаз. Згідно рівнянню Юнга:

(3.6)

При контакті рідини з твердою поверхнею, вільна поверхнева енергія дорівнює , а після роз’єднання тіл вона дорівнює , а різниця меж цими величинами є .

Часто роботу адгезії порівнюють з роботою когезії . Робота когезії характеризує взаємодію частинок однієї фази і дорівнює . Тоді:

(3.7)

Звідси можна виділити наступні умови:

1) змочування відсутнє ();

2) змочування ();

3) повне змочування ().

 

Таким чином, розтікання однієї рідини по поверхні іншої або по поверхні твердого тіла може бути виражено через роботу адгезії і роботу когезії рідини, яка розтікається. Умова розтікання полягає в тому, що робота адгезії повинна дорівнювати або бути більше роботи когезії рідини, яка розтікається.

Для того, щоб рідина 1 розтікалась по поверхні рідини або твердого тіла 2 необхідно щоб:

і (3.8)

 

Оскільки тільки в цьому випадку не буде довільно збільшуватися вільна енергія системи.

Розтікання буде відбуватися тим інтенсивніше, чим більше різниця . Ця величина іноді називається коефіцієнтом розтікання рідини 1 по рідині 2:

 

(3.9)

 

У випадку розтікання рідини по поверхні твердого тіла на основі рівнянь (3.6) і (3.9) коефіцієнт розтікання дорівнює:

 

(3.10)

 

Це рівняння може бути використано, зокрема, при виготовленні точного лиття, коли метал повинен заповнювати ливарну форму тонкого перерізу і досить складної конфігурації.

Рівняння (3.10) можна застосовувати лише при одночасній зміні поверхневого натягу і крайового кута змочування. При розтіканні рідини крайові кути змочування відрізняються від рівноважного значення

Розрізняють крайовий кут відтікання і крайовий кут натікання, причому перший, як правило, менше останнього. На величину крайових кутів великий вплив має шорсткість. У випадку змочування матеріалу по якому відбувається розтікання, крайовий кут відтікання зменшується, оскільки рідина рухається вздовж пір, вже заповнених рідиною

Згідно рівнянню (3.1) є функцією від :

Звідки витікає, що збільшення призводить до зменшення . Як для границі “рідина – рідина”, так і для границі “тверде тіло – рідина” робота адгезії тим більше, чим менше міжфазний натяг. Для того, щоб рідини були взаємо розчинними, необхідно, щоб їх міжфазний натяг був рівним нулю або навіть менше нуля.

Від’ємне значення міжфазного натягу відповідає тому випадку при якому притягання поверхневих молекул всередину іншої рідини більше їх притягання всередину власної фази.

 

Вихідні дані для розрахунку роботи адгезії рідкої фази з поверхнею твердого тіла наведені в таблиці 1.4, додатку 1. Вихідні дані для роботи адгезії і змочування в металевій фазі наведені в таблиці 1.5, додатку 1.


Практичне заняття 4



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; просмотров: 179; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.243.2.41 (0.139 с.)