[发明专利]空心半球壳内注入液体测量液体表面张力系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理参数的测量，特别是液体表面张力系数的测量。

背景技术

测量液体表面张力系数的方法常见的有：最大气泡压法，毛细管法，拉脱法等，测量方法要么装置比较复杂，比如最大气泡压法、拉脱法；要么测量的精度不高，毛细管法虽然简单，但是液面弯曲，测量液柱的高度不够准确，由于毛细管外侧的液面也沿着毛细管外侧的管壁上升，因此，在确定液面的水平位置的坐标值比较困难，从而导致确定毛细管内侧的液柱的高度差比较困难。

发明内容

本发明提出一种新型的表面张力测量方法。

技术方案是：空心半球壳内注入液体测量液体表面张力系数的方法，其特征是：一个空心的半球壳，外部半球半径为R，也就是半球壳开口所在的圆环的外侧圆半径为R，空心的半球壳的底部的外层材料内侧或/和内层材料的外侧相对于空心半球壳的上部而言比较厚，并关于中心轴对称分布，即为旋转体结构，目的就是使其重心向半球壳的底部偏移，利于增强其稳定性；半球壳开口所在的圆环的外侧圆半径为R与内侧圆半径之差大于或者等于2cm，也就是半球壳开口所在平面内的空心半球壳的厚度为2cm；空心的半球壳的平均密度为半球壳的质量m与半球壳所围成半球的体积为2πR³/3相除，平均密度=3m/ (2πR³)，空心半球壳的平均密度小于液体的密度，由于液体密度随着温度变化有较大变化，随着压强变化相对较小，此处的液体密度指一个标准大气压下维持液态的最大密度；测量空心半球壳的质量m和半球壳开口所在圆环的外侧圆的半径R，然后将空心半球壳浮在一个水槽内的液面上，一根输液管的一端连接到一个量筒，量筒内容纳着液体，量筒的液体能够通过输液管流到输液管的管口，输液管有流速调节开关，当输液管口有液体流出时，关闭输液管的开关，记录输液管连接的量筒的液面刻度V_始，将输液管的管口放入到空心半球壳内，缓慢打开输液管的开关，使液体缓慢注入到空心半球壳内，缓慢的速度是确保空心半球壳不会出现摆动或者抖动，如果有摆动或者抖动，会导致测量失败，如果出现摆动或者抖动，则需要关小输液管的开关从而减缓输液的速度；随着输液管的液体流入到空心半球壳内，空心半球壳和内部的液体总质量增加，重力增加，空心半球壳将下沉，浮力增加，液面逐渐接近空心半球壳的半球壳开口，在最初液体接触半球壳开口时，由于表面张力作用，水槽中的液体不会流进空心半球壳内部，继续向空心半球壳内部注入液体，液体的重力逐渐削弱表面张力的作用，当空心半球壳加上其内部液体的重力之和等于排开的与空心半球壳等体积的液体的重力加上表面张力之和时，空心半球壳外部的液体将越过半球壳开口的内外两侧之间的边界，导致空心半球壳开始下沉，此时关闭输液管的开关，记录输液管量筒的读数V_终；量筒注入液体的质量为ρ*（V_始- V_终），其中ρ为液体的密度，排开液体的质量为ρ*V=ρ*（2πR³）/3，则液体的表面张力为m+ρ*（V_始- V_终）-ρ*（2πR³）/3，液体表面张力系数σ=[ m+ρ*（V_始- V_终）-ρ*（2πR³）/3]/( 2πR)。

有益效果是：半球壳的底部厚、上端薄，其重心向半球壳的底部偏移，有利于增强其稳定性，减少其液体注入时产生的摇晃；有利于观察液体表面张力的表现形式；相对于现有技术的难调节、高成本，本发明的结构简单，成本低廉，操作容易。

附图说明

图1是半球壳示意图，图2半球壳纵剖示意图。

其中，1、半球壳，2、半球壳开口，3、输液管。

具体实施方式