[发明专利]两种液体间界面张力的动态测量方法

摘要

本发明涉及两种液体间界面张力的动态测量方法，采用液体表面张力动态测量装置进行测量，测量了金属吊环从液体一进入液体二的过程中电压U随时间T的变化曲线；在金属吊环由液体一完全进入液体二的过程中，记录在液体二中液体一的液膜被拉断前电压的最大值为U1，对应的拉力为f1，拉断后趋于稳定时的电压值为U2，对应的拉力为f2，则两种液体间界面张力即为单位长度上当金属吊环从液体一完全进入液体二的过程中拉断液膜的力为(f1‑f2)/l,由此可得两种液体间的界面张力：本发明采用液体表面张力动态测量装置进行实验，并对实验结果进行分析计算，开创了测量两种液体间界面张力的途径，且测量方法简单易行，测量结果准确。

主权项

1.两种液体间界面张力的动态测量方法，其特征在于，包括如下步骤:

1)采用液体表面张力动态测量装置进行测量；测量开始前，先接通电源将信号转换装置预热15分钟；在力敏传感器的横梁端头的吊钩上挂上砝码盘进行定标，然后将金属吊环清洁干净，调平后挂在吊钩上；

2)测量时，先向恒温杯中注入比重相对较大的液体一，将金属吊环下降后置于液体一中，然后再注入比重相对较小的液体二；调节流速调节器，从恒温杯底部缓慢匀速地排出液体一，测量金属吊环从液体一进入液体二的过程中电压U随时间T的变化曲线；

3)实验结果分析；

3.1拉伸过程中金属吊环的位置及受力分析；

3.1.1金属吊环全部浸没在液体一中时；

此时金属吊环受到三个力的作用：金属吊环自身的重力G、液体一对金属吊环的浮力F_1Ⅰ以及力敏传感器对金属吊环的拉力F₁，在这三个力的作用下金属吊环在液体一中匀速上升，力平衡方程为：

F₁+F_1Ⅰ＝G   公式1

其中液体一对金属吊环的浮力h为金属吊环的高度；D₁、D₂分别为金属吊环的外径、内径，ρ_Ⅰ为液体一的密度；V为金属吊环的体积,在这一过程中拉力F₁恒定，电压表示数不变；

3.1.2金属吊环从液体一进入液体二中时；

金属吊环从液体一进入液体二的过程中受到四个力的作用，即：金属吊环自身的重力G、液体二对金属吊环的浮力F_2Ⅱ、液体一对金属吊环的浮力F_2Ⅰ以及力敏传感器对金属吊环的拉力F₂；在这四个力的作用下金属吊环匀速上升，力平衡方程为：

F₂+F_2Ⅰ+F_2Ⅱ＝G    公式2

其中：h＝h₁+h₂，h₁和h₂分别表示金属吊环浸在液体一和液体二中的高度；ρ_Ⅱ为液体二的密度；V₁、V₂分别为金属吊环浸在液体一和液体二中的体积；整理得：

F₂＝‑k₂h₁+b₂    公式3

其中：这一过程中，拉力随金属吊环浸在液体一中的高度h₁减小而增大，并且成线性关系；

3.1.3金属吊环完全进入液体二中时；

经过两种液体界面后，金属吊环继续上升完全进入到液体二中，在液体二中拉起一个液体一的液膜，并且液膜在液体二中被拉伸一段距离之后断裂；在该过程中，金属吊环受到自身重力G、液膜的拉力f、液体二对金属吊环的浮力F_3Ⅱ以及力敏传感器对金属吊环的拉力F₃；金属吊环在这四个力的作用下匀速上升，力平衡方程为：

F₃+F_3Ⅱ＝G+f   公式4

其中f＝α₁π(D₁+D₂)cosθ，θ表示液膜与竖直方向上的夹角；α₁为两液体间的界面张力；整理各式得：

F₃＝k₃cosθ+b₃    公式5

其中，k₃＝α₁π(D₁+D₂)，

公式5中的θ角随着拉升的过程逐渐减小，到0°以后，由于金属吊环存在一定的厚度，此时液体一的液膜并没有被拉断，随着金属吊环继续被拉升，θ角反方向增加；cosθ值先变大，到达最大值1后又逐渐变小；此过程中拉力F₃随着θ角的减小而增大，达到最大值后，拉力F₃又随之减小；

3.1.4液膜破裂后金属吊环完全浸没在液体二中时；

液膜拉断后金属吊环在液体二中继续匀速上升，在上升过程中金属吊环受到三个力的作用，即：重力G,液体二对金属吊环的浮力F_4Ⅱ和力敏传感器对金属吊环的拉力F₄，在这三个力的作用下金属吊环匀速上升，力平衡方程为：

F₄+F_4Ⅱ＝G   公式6

其中：金属吊环在这一运动过程中电压值也趋于平稳；

3.2两种液体间界面张力；

在金属吊环由液体一完全进入液体二的过程中，记录在液体二中液体一的液膜被拉断前电压的最大值为U₁，对应的拉力为f₁，拉断后趋于稳定时的电压值为U₂，对应的拉力为f₂，则两种液体间界面张力即为单位长度上当金属吊环从液体一完全进入液体二的过程中拉断液膜的力：