空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法
2023-06-24 18:19:26
空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法
【專利摘要】空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法涉及物理參數的測量，技術方案是：一個空心圓筒，其外側半徑為R外、內側半徑為R內，空心圓筒的平均密度為液體密度的0.5-0.8倍；向溢水槽注入液體，直到溢水槽上端邊緣的導流溝有液體溢出到導流溝下端的水杯，當導流溝的末端停止滴液體時，測量水杯的質量m1，然後將水杯放置在導流溝的末端正下方；測量空心圓筒的質量m，將空心圓筒緩慢地放入到溢水槽內，導流溝的末端有液體流入到水杯，等到導流溝末端沒有液體滴落時，測量容納著液體的水杯的質量m2，則液體的表面張力係數σ=[m-(m2-m1)]*g/[2*π*(R內+R外)]，其中g為重力加速度。有益效果是：本發明的結構簡單，成本低廉，操作容易。
【專利說明】 空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及物理參數的測量，特別是液體表面張力係數的測量。
【背景技術】
[0002]測量液體表面張力係數的方法常見的有:最大氣泡壓法，毛細管法，拉脫法等，測量方法要麼裝置比較複雜，比如最大氣泡壓法、拉脫法；要麼測量的精度不高，毛細管法雖然簡單，但是液面彎曲，測量液柱的高度不夠準確，由於毛細管外側的液面也沿著毛細管外側的管壁上升，因此，在確定液面的水平位置的坐標值比較困難，從而導致確定毛細管內側的液柱的高度差比較困難。
【發明內容】
[0003]本發明提出一種新型的表面張力測量方法。
[0004]技術方案是:空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法，其特徵是:空心圓筒由具有共同中心軸線的內、外兩個圓筒組成，內側圓筒的半徑為R@，外側圓筒的半徑為RV兩個圓筒之間為空腔，空腔的上端和下端密封，空腔為一個倒置的三角形，上端為三角形的底邊、下端為三角形的頂點，在空心圓筒材料較薄的一端做一個標記，稱為空心圓筒口 ；空心圓筒的平均密度，平均密度為空心圓筒的質量m與空心圓筒所圍成的體積(π R/-Ji R內2)*h相除，其中R外為空心圓筒的外徑，Rrt為空心圓筒的內徑，h為空心圓筒的高，平均密度=m/[ π R^)*h]，空心圓筒的平均密度為液體密度的0.5-0.8倍，此處的液體密度指一個標準大氣壓下維持液態的最大密度；一個溢水槽，向溢水槽注入液體，直到溢水槽上端邊緣的導流溝有液體溢出到導流溝下端的水杯，導流溝的末端向下彎曲，有利於溢水槽溢出的液體流到水杯內，當導流溝的末端停止滴液體時，將水杯的液體轉移到儲液罐，測量水杯的質量ml，然後將水杯放置在導流溝的末端正下方；測量空心圓筒的質量m，使空心圓筒口朝上、將空心圓筒緩慢地放入到溢水槽內，緩慢放入的目的要確保液面不會出現波浪和導流溝末端不會出現液體噴射，隨著空心圓筒的緩慢放入溢水槽，導流溝的末端有液體流入到水杯，最後放開空心圓筒讓空心圓筒浮在液面上，等到導流溝末端沒有液體滴落時，測量容納著液體的水杯的質量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g，其中g為重力加速度；空心圓筒的內部和外部均接觸液體，表面張力為σ* (2* π +2* 31*#)，其中σ為表面張力係數，則[m-(m2_ml)]*g = σ* (2* π *R 內+2* Ji *R 外)，即 σ =[m-(m2_ml) ]*g /
[2* 31 *(R 內+R外)]。
[0005]有益效果是:一個空心圓筒壁下端厚、上端薄，管壁內部有一個倒置的三角形空腔，使其重心向空心圓筒的下端偏移，有利於增強其穩定性，減少其放入液體中產生的搖晃；相對於現有技術的難調節、高成本，本發明的結構簡單，成本低廉，操作容易。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1是空心圓筒不意圖，圖2空心圓筒縱首I]不意圖，圖3是溢水槽和水杯不意圖。
[0007]其中，1、空心圓筒，2、空心圓筒口，3、溢水槽，4、導流溝，5、水杯。
【具體實施方式】
[0008]—個空心圓筒1，由具有共同中心軸線的內外兩個圓筒組成，內側圓筒的內徑為D內、半徑R內=D內/2，外側圓筒的外徑為D外、半徑R夕卜=D夕卜/2，兩個圓筒之間為空腔，空腔的上端和下端密封，空心圓筒I壁下端厚、上端薄(其形變發生在空腔內，在空腔外為標準的圓筒形狀)，如圖2所示，也就是其重心向空心圓筒I的下端偏移，其下端材料的厚度為上端材料的2-5倍厚，在空心圓筒I的縱剖示意圖形成一個倒置的三角形空腔(上端為三角形的底邊、下端為三角形的頂點)，如圖2所示；由於空心圓筒I的上端和下端的管壁材料的厚度不一樣，因此有必要在空心圓筒材料較薄的一端做一個標記，稱為空心圓筒口 2，其外側半徑為R#、內側半徑為R@，由於是圓筒，也就是空心圓筒口 2所在的圓環的外側圓半徑為R#、內側圓半徑為空心圓筒I的平均密度為空心圓筒I的質量m與空心圓筒I所圍成的體積(JiR外2-JiR內2)#!相除，其中h為空心圓筒I的高，平均密度=m/[Ji (R外2-JiR內2)*h]，空心圓筒I的平均密度小於液體的密度，最佳取值在液體密度的0.5-0.8倍，由於液體密度隨著溫度變化有較大變化，隨著壓強變化相對較小，此處的液體密度指一個標準大氣壓下維持液態的最大密度。
[0009]一個溢水槽3，向溢水槽3注入液體，直到溢水槽3上端邊緣的導流溝4有液體溢出到導流溝下端的水杯5，導流溝4的末端向下彎曲，有利於溢水槽3溢出的液體流到水杯5內。當導流溝4的末端停止滴液體時，將水杯的液體轉移到儲液罐(量較少也可以不轉移)，測量水杯5的質量ml，然後將水杯5放置在導流溝4的末端正下方；測量空心圓筒I的質量m，使空心圓筒口 2朝上、將空心圓筒I緩慢地放入到溢水槽3內，緩慢放入的目的是為了確保液面不會出現波浪和導流溝4末端不會出現液體噴射，隨著空心圓筒I的緩慢放入溢水槽3,導流溝4的末端有液體流入到水杯,最後放開空心圓筒I讓空心圓筒I浮在液面上，等到導流溝4末端沒有液體滴落時，測量容納著液體的水杯5的質量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g，其中g為重力加速度。
[0010]對於表面張力的理解，一個物體漂浮在液面上，其浮力等於物體的重量，由於表面張力的作用，對於能夠被液體浸潤的物體，液體會有一部分粘附於物體表面，其排開的液體體積應該是液面以下的部分，本處的液面不是指與物體接觸處的液面(該處液面彎曲)，而是遠離接觸處的液面(液體水平面)。排開的體積V與液體密度P相乘P *V與物體的質量m相等，但是由於表面張力的作用，一部分液體高於液面的高度並粘附在物體上，在本發明中，這部分液體不能通過導流溝4流出，該部分的質量為m- (m2-ml)。
[0011]由於空心圓筒I的內部和外部均接觸液體，因此表面張力為O *(2*3I*R內+2*JI*R外)，貝1J [m-(m2_ml) ]*g = σ* (2* π *R 內+2* Ji *R 外)，gp σ =[m-(m2_ml) ]*g /[( 2*3i*R 內+2*3i*R#)]，其中σ為液體的表面張力係數。
[0012]對於純水，20攝氏度的表面張力係數為0.073N/m，其中N/m為牛頓/米，如果R夕卜取10.0Ocm, 1^取8.00cm, h取5.00cm，平均密度取0.5g/cm3，則m=283克，表面張力為σ *(2* 31 *Rrt+2* 3i *R外)=0.0825N,大約相當於8.25克質量所受的重力(此處的重力加速度取ΙΟΝ/Kg)，因此m-(m2-ml)=8.25克，在當今的實驗室的電子天平或者其它天平都能夠測量這樣的一個差值(8.25克)，比如，在網絡上能夠查詢到，電子精密天平-JH3102，量程:3100g，精度:10mg (即0.01克)，因此，本發明具有可實施性。
【權利要求】
1.空心圓筒排液體測量液體表面張力係數的方法，其特徵是:空心圓筒(I)由具有共同中心軸線的內、夕卜兩個圓筒組成，內側圓筒的半徑為外側圓筒的半徑為R#，兩個圓筒之間為空腔，空腔的上端和下端密封，空腔為一個倒置的三角形，上端為三角形的底邊、下端為三角形的頂點，在空心圓筒材料較薄的一端做一個標記，稱為空心圓筒口(2);空心圓筒(I)的平均密度為空心圓筒(I)的質量m與空心圓筒(I)所圍成的體積(π R/-Ji R^2)*h相除，h為空心圓筒(I)的高，平均密度=m/[Ji (R外2_JiRrt2)*h]，空心圓筒(I)的平均密度為液體密度的0.5-0.8倍，此處的液體密度指一個標準大氣壓下維持液態的最大密度；一個溢水槽(3)，向溢水槽(3)注入液體，直到溢水槽(3)上端邊緣的導流溝(4)有液體溢出到導流溝下端的水杯(5 )，導流溝(4)的末端向下彎曲，有利於溢水槽(3 )溢出的液體流到水杯(5)內，當導流溝(4)的末端停止滴液體時，將水杯的液體轉移到儲液罐，測量水杯(5)的質量ml，然後將水杯(5)放置在導流溝(4)的末端正下方；測量空心圓筒(I)的質量m，使空心圓筒口(2)朝上、將空心圓筒(I)緩慢地放入到溢水槽(3)內，緩慢放入的目的要確保液面不會出現波浪和導流溝(4)末端不會出現液體噴射，隨著空心圓筒(I)的緩慢放入溢水槽(3)，導流溝(4)的末端有液體流入到水杯，最後放開空心圓筒(I)讓空心圓筒(I)浮在液面上，等到導流溝(4)末端沒有液體滴落時，測量容納著液體的水杯(5)的質量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g,其中g為重力加速度；空心圓筒(I)的內部和外部均接觸液體，表面張力為σ * (2* *內+2* Ji *外)，其中σ為表面張力係數,則[m-(m2-ml)]*g=σ* (2* *R 內+2* Ji *R 外)，即 σ =[m-(m2_ml) ]*g /[ 2* π * (R 內+R外)]。
【文檔編號】G01N13/02GK104406890SQ201410705745
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】李娟 , 胡再國, 饒大慶, 雍志華, 羅明蓉, 穆萬軍, 鄒旭敏, 王維果, 梁雅庭, 程豔, 劉石丹, 於白茹, 李偉, 梁小衝, 李紫源, 田野中, 朱俊, 何原 申請人:四川大學