SPRAWOZDZENIE Z DOŚWIADCZENIA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD WYSOKICH NAPIĘĆ I MATERIAŁÓW ELEKTORTECHNICZNYCH
LABOLATORIUM – MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE ROK I
Temat: BADANIE ZALEŻNOŚCI KĄTA ZWILŻANIA W UKŁADZIE TRÓJFAZOWYM CIECZ-CIAŁO STAŁE-GAZ OD PRZENIKALNOŚCI ELEKTRYCZNEJ
Wykonał: Witaszek Dominik (nr:101855)

1. WSTĘP

Doświadczenie przeprowadzone dnia 20.01.2011 miało na celu zbadanie zależności kąta zwilżania w układzie trójfazowym od przenikalności elektrycznej .

W doświadczeniu użyliśmy czterech próbek ciał stałych o różnej przenikalności elektrycznej:

-polietylenu (PE)

-szkła

-PCV

- PMM

oraz trzech próbek ciał ciekłych:

-wody destylowanej

-metanolu 50%

-metanolu 66%

W celu wyznaczenia odpowiednich zależności należało najpierw określić wymiary kropli na różnych próbkach materiałów, a następnie odczytać pojemność C_d ciał stałych za pomocą specjalnego miernika. Do wyciągnięcia odpowiednich zależności należało jeszcze na podstawie uzyskanych pomiarów wyznaczyć względną przenikalność elektryczną materiałów dielektrycznych.

1. METODYKA POMIARU

Przed dokonaniem jakichkolwiek pomiarów, musieliśmy oczyścić spirytusem podane próbki materiałów ze wszelkich zanieczyszczeń, gdyż najmniejsze zabrudzenie np. tłusty odcisk palca mógł spowodować zaburzenie pomiaru, skutkującym fałszywym „rozlaniem” kropli.

Następnie oczyszczone próbki materiałów umieszczaliśmy na stoliku mikroskopu.

Za pomocą pipety każdą 2 ul próbkę cieczy osadzaliśmy na odpowiednich materiałach. Niekiedy jedna kropla okazywała się niewystarczająca do przeprowadzenia pomiaru ( gdyż pozostawała niewidoczna dla kamery) , więc dokładaliśmy na nią drugą dodatkową kroplę.

Przy pomocy wycentrowanej na kropelkę kamery internetowej wykonywaliśmy zdjęcie, które następnie zapisywaliśmy na dysku twardym komputera w celu odczytania odpowiednich wymiarów badanej kropli cieczy.

Po zakończeniu pomiarów wymiarów kropli cieczy dla poszczególnych materiałów przeszliśmy do mierzenia pojemności C_d próbek stałych.

Do pomiarów posłużył nam miernik ESKORT ELC-3131D, którym to odczytywaliśmy odpowiednie wartości.

1. OBLICZENIA:

1. Do wyznaczenia kąta zwilżania posłużyłem się wzorami:

Z pierwszego równania wyznaczyłem promień „r” kropelki. Następnie podstawiając do trzeciego równania otrzymałem wartość kąta.

Kąt zwilżania ostatecznie obliczyłem z ostatniej zależności.

Dla wszystkich zmierzonych wymiarów kropelek stosunek c/2 zawsze był wyraźnie większy od wysokości h, dlatego korzystałem tylko z zależności dla materiałów hydrofilnych. (rys. powyżej)

1. Do określenia względnej przenikalności elektrycznej materiałów dielektrycznych należało posłużyć się wzorem:

Gdzie C_d –wartość zmierzonej pojemności kondensatora, między którymi znajdował się badany materiał.

C₀- pojemność geometryczna kondensatora

Do pełnych obliczeń brakowała mi jeszcze pojemność geometryczna kondensatora. Obliczyłem ją za pomocą poniższego wzoru:

Gdzie d-średnica elektrody pomiarowej , w [cm]

s- odległość elektrody pomiarowej, w [cm]

g- uśredniona grubość próbki (dla trzech pomiarów), w [cm]

Potrzebną grubość próbek materiałów zmierzyłem z użyciem mikrometru.

Tabela 1: Zestawienie wyników pomiarów wymiarów charakterystycznych kropli cieczy i wyników obliczeń kąta zwilżania.

MATERIAŁ	woda	metanol 50%	metanol 67%
	c	h	θ
PCV	62	17	57,5
SZKŁO	142	15	23,9
PMM	80	22	38,2

Tabela 2. Wyniki pomiarów wielkości niezbędnych do obliczeń przenikalności względnej materiałów stałych i ciekłych oraz wyniki obliczeń.

Nazwa materiału	cd	s	d	g	C0	Er
	pF	cm	cm	cm	pF	-
PCV	476,5	0,95	6,8	0,011	379	1,26
SZKŁO	99,8	0,95	6,8	0,194	21,5	4,64
PMM	37,4	0,95	6,8	0,227	18,37	2
WODA DESTYLOWANA		-	-		60	80
METANOL 50%		-	-		60	56,5
METANOL 66%		-	-		60	47,6

4. OBESRWACJE I WNIOSKI

W przypadku wody destylowanej duża wartość przenikalności elektrycznej skutkuje małym kątem zwilżania- mogę więc stwierdzić, ze im większa przenikalność elektryczna tym kąt zwilżania jest mniejszy. Analogicznie dla tego przypadku , gdy przenikalność elektryczna osiąga małe wartości kąt zwilżania jest odpowiednio większy.

Podobną zależność obserwujemy dla metanolu 66%. Tam również, gdy przenikalność elektryczna waha się między małymi wartościami kąt przenikalności jest odpowiednio większy.

Spadek kąta zwilżania obserwujemy dla odpowiednio: PCV i PMM. Ponadto w przypadku metanolu 50% kąty zwilżania dla próbek PCV, szkła i PMM są bardzo zbliżone do siebie, możemy więc wysunąć wniosek, że dla metanolu 50% większa przenikalność elektryczna nie ma większego wpływu na zmianę kąta zwilżania.

Najwyższe wartości kąta zwilżania otrzymaliśmy w przypadku wody destylowanej –czyli można uważać, że im większa przenikalność cieczy tym większy jest kąt zwilżenia. Dla tej samej cieczy w przypadku polietylenu i PCV podczas przeprowadzana doświadczenia tworzyły się wyraźne, odseparowane krople- ich kształt zależy od kąta zwilżania.

Opierając się jednak o pomiary kwalifikuję polietylen do materiałów hydrofilnych.

Pozostałe materiały dla odpowiednich próbek cieczy metanolu 50% i 60% nie notują już tak wysokich wartości kąta zwilżania. Krople są już tutaj bardziej rozlane. Ich szerokość jest znacznie większa od wysokości. Zatem badane próbki wykazują również własności hydrofilne. Szczególnie na powierzchni szkła krople tej cieczy występują w postaci bardzo rozlanej. Materiał ten jest więc dość silnie hydrofilny. Etanol w ogólności więc będzie łatwiej wnikał do wnętrza materiału dielektrycznego niż woda destylowana.