Capillary waves modified technique
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2018-3-32-38Keywords:
surface tension, cylinder waves, capillary waves, interferometryAbstract
Capillary waves are frequently used to measure the surface tension of liquids. However, this approach has not found wide application in the manufacture of modern commercial tensiometers because of the limitations imposed by capillary wave excitation techniques and the labor input associated with its practical implementation. In this paper we introduce a modified version of the capillary wave method which allows one to avoid the existing limitations and disadvantages. The distinguishing features of the proposed technique are as follows: acoustic wave generation and application of an interferometry technique for 3D surface profile reconstruction. A dynamic speaker with controlled vibration frequency and amplitude is used to produce acoustic vibrations, which are transferred via waveguides and create the local source of pressure oscillations on the fluid surface. Application of a conventional Fizeau interferometer and the spatial phase shifting method makes it possible to perform surface form measurements with an accuracy of 5 nm. For calculating wavelengths and the damping coefficient, the surface profile is fitted with a decaying cylindrical wave equation. The accuracy of surface tension measurement by the modified capillary wave technique is 0.3 % , and the measured values coincide with the known values of these parameters determined using other measuring instruments. Owing to the non-contact way of wave generation and the small amounts of the examined fluid, the proposed method can be used in biological, magnetic fluids studies and rheological investigations in physical chemistry.References
Thomson W. The influence of wind on waves in water supposed frictionless. Philosophical Magazine, 1871, vol. 42, pp. 368–370.
Hansen R. S., Ahmad J. Waves at interfaces. Progress in Surface and Membrane Science, 1971, vol. 4, pp. 1–56.
Landau L. D., Lifshitz E. M. Fluid Mechanics. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1987. 554 p.
Rusanov A. I., Prohorov V. A. Mezhfaznaia tenziometriia (Interphase tensiometry). St.Petersburg: Chemistry, 1994. 400 p. (In Russian).
Noskov B. A. Interfacial elasticity as studied by wave methods. In: Miller R., Liggieri L., Krotov V. V. (Eds.). Interfacial rheology. Leiden: CRC Press, 2009, pp. 103–136.
Rubio R. Surface rheology studies of spread and Adsorbed polymer layers. In: Miller R., Liggieri L., Krotov V. V. (Eds.). Interfacial rheology. Leiden: CRC Press, 2009, pp. 178–251.
Sohl C. H., Miyano K., Ketterson J. B. Novel technique for dynamic surface tension and viscosity measurements at liquid–gas interfaces. Review of Scientific Instruments, 1978, vol. 49, pp. 1464–1469. DOI: 10.1063/1.1135288
Behroozi F., Lambert B., Buhrow B. Direct measurement of the attenuation of capillary waves by laser interferometry: Noncontact determination of viscosity. Applied Physics Letters, 2001, vol. 78, no. 16, pp. 2399–2401. DOI: 10.1063/1.1365413
Mucic N., Javadi A., Kovalchuk N. M., Aksenenko E. V., Miller R. Dynamics of interfacial layers – Experimental feasibilities of adsorption kinetics and dilational rheology. Advances in Colloid and Interface Science, 2011, vol. 168, no. 1–2, pp. 167–178. DOI: 10.1016/j.cis.2011.06.001
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.