半球殼排液體測量液體表面張力系數(shù)的方法
【專利摘要】半球殼排液體測量液體表面張力系數(shù)的方法涉及物理參數(shù)測量。技術(shù)方案是：球殼外側(cè)半徑為R的半球殼，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，在導流溝的末端停止滴液體時，測量水杯的質(zhì)量m1，然后將水杯放置在導流溝末端的正下方；測量半球殼的質(zhì)量m，使半球殼開口朝上、將半球殼緩慢地放入到溢水槽內(nèi)，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(zhì)量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-m1)]*g；液體的表面張力系數(shù)σ=[m-(m2-m1)]*g/(2*π*R2)，R2為液面與球殼接觸圓的半徑。有益效果是：本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作容易。
【專利說明】半球殼排液體測量液體表面張力系數(shù)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理參數(shù)的測量，特別是液體表面張力系數(shù)的測量。

【背景技術(shù)】
[0002]測量液體表面張力系數(shù)的方法常見的有:最大氣泡壓法，毛細管法，拉脫法等，測量方法要么裝置比較復雜，比如最大氣泡壓法、拉脫法；要么測量的精度不高，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，由于毛細管外側(cè)的液面也沿著毛細管外側(cè)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(nèi)側(cè)的液柱的高度差比較困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種新型的表面張力測量方法。
[0004]技術(shù)方案是:半球殼排液體測量液體表面張力系數(shù)的方法，其特征是:一個半球殼，其球殼外側(cè)的半徑為R，半球殼的底部厚、上端薄，底部中心厚度為半球殼開口邊緣厚度的3-10倍，其重心向半球殼的底部偏移；半球殼的平均密度為半球殼的質(zhì)量m與半球殼外部所圍成的半球體積為2 π R3/3相除，平均密度=m/ (2 R3/3)，半球殼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(tài)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，有利于溢水槽溢出的液體流到水杯內(nèi)，在導流溝的末端停止滴液體時，將水杯的液體轉(zhuǎn)移到儲液罐，測量水杯的質(zhì)量ml，然后將水杯放置在導流溝末端的正下方；測量半球殼的質(zhì)量m，使半球殼開口朝上、將半球殼緩慢地放入到溢水槽內(nèi)，緩慢放入的目的要確保液面不會出現(xiàn)波浪和導流溝末端不會出現(xiàn)液體噴射，隨著半球殼的緩慢放入溢水槽，導流溝的末端有液體流入到水杯，最后放開半球殼，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(zhì)量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g，其中g(shù)為重力加速度；液體接觸半球殼的部分為一個球冠，球冠是一個面，沒有體積，球冠所圍的部分叫做球缺，球缺的體積V計算公式是V= ( Ji /3) * (3R-h) *h2，式中R是球的半徑，h是球缺的高，根據(jù)浮力原理，球冠所排液體的質(zhì)量應該等于半球殼的質(zhì)量，即P*V= m，其中P為液體的密度，從而計算出h，由h計算出液面液體接觸半球殼所在圓的半徑R2=[R2-(R-h)2r°_5，則 2*3i*R2*o=[ m-(m2-ml)]*g,其中 σ 為液體的表面張力系數(shù)，貝U σ =[ m_(m2_ml) ]*g/(2* *R2)。
[0005]有益效果是:半球殼的底部厚、上端薄，可以設計為底部中心厚度為上端開口邊緣厚度的3-10倍，其重心向半球殼的底部偏移，有利于增強其穩(wěn)定性，減少其放入液體中產(chǎn)生的搖晃；相對于現(xiàn)有技術(shù)的難調(diào)節(jié)、高成本，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作容易。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是半球殼示意圖，圖2半球殼縱剖示意圖，圖3是溢水槽和水杯示意圖，圖4是球冠示意圖。
[0007]其中，1、半球殼，2、半球殼開口，3、溢水槽，4、導流溝，5、水杯。

【具體實施方式】
[0008]一個半球殼1，其外部球殼的半徑為R，由于是半球殼，也就是半球殼開口 2所在的圓的外側(cè)半徑為R，半球殼1的底部厚、上端薄，形變發(fā)生在半球殼內(nèi)側(cè)、外側(cè)為標準的球形，如圖2所示，也就是其重心向半球殼1的底部偏移；半球殼1的平均密度為半球殼1的質(zhì)量m與半球殼1外部所圍成的球缺的體積(半球體積)為2 π R3/3相除，平均密度=m/(2 R3/3)，半球殼1的平均密度小于液體的密度，最佳取值為液體密度的0.5-0.8倍，由于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(tài)的最大密度。
[0009]—個溢水槽3,溢水槽3內(nèi)側(cè)的半徑為半球殼1外側(cè)半徑的1.5-2倍為最佳，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，有利于溢水槽3溢出的液體流到水杯5內(nèi)。當導流溝4的末端停止滴液體時，將水杯的液體轉(zhuǎn)移到儲液罐(相對于天平的測量量程，當液體的量較少時，也可以不轉(zhuǎn)移液體)，測量水杯5的質(zhì)量ml，然后將水杯5放置在導流溝4的末端正下方；測量半球殼的質(zhì)量m，使半球殼開口 2朝上、將半球殼1緩慢地放入到溢水槽3內(nèi)，緩慢放入的目的是為了確保液面不會出現(xiàn)波浪和導流溝4末端不會出現(xiàn)液體噴射，隨著半球殼1的緩慢放入溢水槽3，導流溝4的末端有液體流入到水杯，最后放開半球殼1，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(zhì)量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g，其中g(shù)為重力加速度。
[0010]對于表面張力的理解，一個物體漂浮在液面上，其浮力等于物體的重量，由于表面張力的作用，對于能夠被液體浸潤的物體，液體會有一部分粘附于物體表面，被漂浮物體排開的流入水杯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，而是遠離接觸處的液面。根據(jù)浮力原理，排開的體積V與液體密度P相乘p*v與物體的質(zhì)量m相等，但是由于表面張力的作用，一部分液體高于液面的高度并粘附在物體上，在本發(fā)明中，這部分液體不能通過導流溝4流出，該部分的質(zhì)量為m-(m2-ml)。
[0011]液體接觸半球殼1的部分為一個球冠，球冠是一個面，沒有體積。球冠所圍的部分叫做球缺(參看圖4)。球缺的體積計算公式是V= (^1/3)*(31?-11)#12，式中1?是球的半徑，11是球缺的高，根據(jù)浮力原理，球冠所排液體的質(zhì)量應該等于半球殼1的質(zhì)量，即P*V= m(此處應該是P *V=由于表面張力較小，m近似為m2_ml),從而計算出h,由h計算出液面液體接觸半球殼1所在圓的半徑R2=[R2-( R-h) 2] ~0.5，則2* Ji *R2* σ =[ m-(m2_ml) ]*g，其中σ為液體的表面張力系數(shù)，g為重力加速度，則σ =[ m-(m2-ml)]*g/(2*Ji*R2)。
[0012]對于純水，20攝氏度的表面張力系數(shù)為0.073N/m,其中N/m為牛頓/米，如果 R 取 10.00cm,平均密度取 0.5g/cm3，則 m=1047 克，h=6.53cm, R2=9.37cm,表面張力為2* ji *R2* σ =0.0429Ν,當重力加速度去ΙΟΝ/Kg，則表面張力相當于4.29克質(zhì)量所受的重力，即m-(m2-ml)=4.29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(4.29克)，比如，在網(wǎng)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(fā)明具有可實施性。
【權(quán)利要求】
1.半球殼排液體測量液體表面張力系數(shù)的方法，其特征是:一個半球殼(I)，其球殼外側(cè)半徑為R，半球殼(I)的底部厚、上端薄，其重心向半球殼(I)的底部偏移；半球殼(I)的平均密度為半球殼(I)的質(zhì)量m與半球殼(I)外部所圍成的半球體積為2 π R3/3相除，平均密度=m/(2 π R3/3)，半球殼(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(tài)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，有利于溢水槽(3)溢出的液體流到水杯(5)內(nèi)，在導流溝(4)的末端停止滴液體時，將水杯(5)的液體轉(zhuǎn)移到儲液罐，測量水杯(5)的質(zhì)量ml，然后將水杯(5)放置在導流溝(4)末端的正下方；測量半球殼的質(zhì)量m，使半球殼開口( 2)朝上、將半球殼(I)緩慢地放入到溢水槽(3)內(nèi)，緩慢放入的目的要確保液面不會出現(xiàn)波浪和導流溝(4)末端不會出現(xiàn)液體噴射，隨著半球殼(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，最后放開半球殼(I )，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(zhì)量m2，則液體的表面張力為[m-(m2-ml)]*g，其中g(shù)為重力加速度；液體接觸半球殼(I)的部分為一個球冠，球冠是一個面，沒有體積，球冠所圍的部分叫做球缺，球缺的體積V計算公式是V= ( Ji/3)*(3R-h)*h2，式中R是球的半徑，h是球缺的高，根據(jù)浮力原理，球冠所排液體的質(zhì)量應該等于半球殼(I)的質(zhì)量，即P*V= m，其中P為液體的密度，從而計算出h，由h計算出液面液體接觸半球殼(I)所在圓的半徑R2=[R2-(R_h)2] ~°_5，則2* π *R2* σ =[m-(m2-ml)]*g,其中 σ 為液體的表面張力系數(shù),則 σ =[ m_(m2_ml) ]*g/(2* π *R2)。
【文檔編號】G01N13/02GK104406891SQ201410706463
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)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, 程艷, 劉石丹, 于白茹, 李偉, 梁小沖, 李紫源, 田野中, 朱俊, 何原 申請人:四川大學