Анализ температурной зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкостей

АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Е.И. Дискаева, Е.И. Камениченко, О.В. Вечер ГБОУ ВПО Ставропольская государственная медицинская академия e-mail: e_diskaeva@mail.ru Строение и свойства жидкого состояния вещества изучаются в течение долгого периода времени. Однако накопленные знания в этой области еще далеки от той принципиальной завершенности, которой они достигли при изучении газообразной и твердой фазы вещества. Проектирование технологических объектов невозможно без знания теплофизических свойств, таких как плотность жидкой и паровой фаз, коэффициент поверхностного натяжения, теплопроводность и другие. Наши исследования посвящены одному из таких параметров жидкой фазы – коэффициенту поверхностного натяжения. Экспериментальные исследования различных авторов, посвященные исследованию коэффициента поверхностного натяжения, выявили ряд особенностей в зависимости от параметров вещества. Так, например, было показано, что коэффициент поверхностного натяжения очень чувствителен к изменению температуры жидкости и наличию примесей в структуре жидкости, вдоль линии равновесия жидкость-пар коэффициент поверхностного натяжения монотонно уменьшается с увеличением температуры, обращаясь в ноль в критической точке [1,2]. Измерение и расчет коэффициента поверхностного натяжения в предкритической и критической областях связаны с техническими сложностями, в связи, с чем, становится актуальной разработка теоретических и экспериментальных методов определения этого параметра. Наиболее известным и теоретически обоснованным соотношением для расчета коэффициента поверхностного натяжения является уравнение Ван-дер-Ваальса, полученное на основе принципа соответственных состояний [1]: , (1) где – универсальные постоянные, и – критические температура и давление. А.И. Бачинский для вычисления коэффициента поверхностного натяжения предложил следующее выражение [3]: , (2) где – постоянная, зависящая от природы жидкости, и – плотности жидкости и пара соответственно. Для определения коэффициента поверхностного натяжения как функции температуры часто используется уравнение Этвеши [4, 5]. Согласно этому уравнению коэффициент поверхностного натяжения различных жидкостей убывает с возрастанием температуры по закону: , (3) где – мольный объем жидкости, – постоянная Этвеши. Из уравнения (3) следует, что постоянная будет определяться выражением: (4) где - плотность жидкости, - молярная масса. Температурный коэффициент можно представить в следующем виде: (5) Для определения температурного коэффициента поверхностного натяжения простых жидкостей используется формула Я.И. Френкеля и Л.И. Губанова: , (6) где - термический коэффициент расширения конденсированной фазы, - упругие константы, СР и СV – теплоемкости при постоянном давлении и объеме, L – теплота испарения. Исследуя последний член уравнения (6), приходим к выводу, что он слабо зависит от упругих свойств жидкой среды и для простых веществ он равен 0,84. Проверяя уравнение (6) для различных веществ, можно прийти к выводу, что если последний член правой части уравнения (6) не считать универсальной константой, то уравнение (6) представляется в следующем виде: (7) где А – не зависит от температуры. Используя уравнение (7) можно определять значение не только для простых веществ, но и для сложных. Как показывает анализ, в достаточно широком температурном интервале можно считать величиной постоянной, тогда приходим к интегралу: (8) из которого следует, что (9) Таким образом, уравнение Этвеши и уравнение Френкеля-Губанова сводятся к определению величины поверхностного натяжения по формуле (9). В интервале температур указанное выражение для воды можно представить в виде [6]: (10) Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными [7] показывает хорошее совпадение для всего температурного диапазона существования жидкой фазы. Таблица 1. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения вод от температуры № п/п , , Н/м [7] , Н/м 1 0 0,076 0,076 2 100 0,059 0,055 3 200 0,038 0,035 4 300 0,014 0,015 5 370 0,001 0,001 Список литературы 1. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.: Химия, 1966. 628 с. 2. Г.А. Мельников, В.Н. Вервейко, В.Г. Мельников, Ю.А. Вирисокин, Д.В. Вервейко Коэффициент поверхностного натяжения простых жидкостей в кластерной модели. Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. №1 (21), 2012. 3. Бачинский А.И. О формулах поверхностного натяжения // Известия физического института. Под редакцией П.П. Лазарева. М.: Государственное издательство. – 1922. – Т.2. – С.60-79. 4. Чечеткин А.В. Высокотемпературные теплоносители жидкостей. М.: Изд-во МГУ, 1970, 240 с. 5. Фролов А.В. Химия. М.: Высшая школа, 1979. – 559 с. 6. Марков И.И., Хрынина Е.И., Камениченко Е.И., Иванов М.Н. О характере температурной зависимости поверхностного натяжения жидкой фазы // ЖФХ, 2008. Том №2. №6, С.1-5. 7. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. 288 с.

Похожие:

	«Силы, поверхностного натяжения» Методы: словесная передача информации и слуховое восприятие информации; наглядная передача информации и зрительное восприятие информации;...		Возможности комбинирования методов поверхностного пластического деформирования деталей машин Проведен сравнительный анализ существующих методов поверхностного пластического деформирования. Выявлены возможности комбинирования...
	Д. И. Петрешин обеспечение параметров качества поверхностного Рассматривается вопрос создания самообучающейся технологической системы для обеспечения параметров качества поверхностного слоя деталей...		Экспериментальные исследования неидеальной плазмы твердотельной плотности, образованной мощными фемтосекундными лазерными импульсами Получены зависимости изменений амплитуды и фазы комплексного коэффициента отражения алюминия на длине волны излучения 620 нм от интенсивности...
	Задача : с помощью измерительного микроскопа измерить диаметр шариков, измерить время падения их и высоту падения. Найти численное значение коэффициента внутреннего трения Цель работы: познакомиться с одним из методов определения коэффициента внутреннего трения		Экспериментальные исследования малогабаритной вихревой турбины с сопловым аппаратом Й. Своевременная очистка этих жидкостей не только благоприятно сказывается на работоспособности оборудования, но и увеличивает срок...
	Низкотемпературное модифицирование нанокристаллического поверхностного слоя высокоуглеродистой стали при трении в жидком азоте Низкотемпературное модифицирование нанокристаллического поверхностного слоя высокоуглеродистой стали		Оптико-электронная система контроля режимов лазерной термообработки В работе проведен анализ существующих систем управления технологическим процессом лазерной термообработки деталей. Представлена разработанная...
	Методика поверхностного геометрического моделирования дисковых фрез для изготовления винтовых поверхностей Люлько В. Н Методика поверхностного геометрического моделирования дисковых фрез для изготовления винтовых поверхностей		Методика синтеза нелинейных регуляторов для распределенного объекта управления Данная методика применима для всех процессов сушки зерновых изделий, температурной обработки металлов и керамик и других объектов,...