III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Целью нашей работы было создание с помощью имитационной моделирующей среды Stratum-2000 виртуального эксперимента по определению поверхностного натяжения методом Ребиндера в растворах поверхностно-активных веществ.

Преимущество виртуальной версии выполнения этого лабораторного эксперимента заключается в том, что при наличии виртуальной модели можно неоднократно использовать одну и туже установку, повторяя все действия в одной и той же последовательности для растворов различных веществ, при этом время эксперимента и последующих расчетов значительно сокращается в сравнении с экспериментом, проведенном в реальных условиях. Кроме того, моделирование процесса может  дополнительно включать изменение условий его проведения, например, изменение температуры.

Моделирующая инструментальная среда Stratum - 2000, предназначенная для математического и имитационного моделирования, является программным комплексом, позволяющим в короткие сроки спроектировать имитационную моделирующую систему и проводить на ней эксперименты как в реальном, так и в ускоренном времени. Визуальные средства проектирования ИС Stratum дают возможность построить прототип реальной системы из объектов (имиджей), поведение которых моделирует основные закономерности реального физического (технологического) объекта-прототипа. Имиджи объединяются в схему проекта информационными связями, являющимися отражением материальных, энергетических и ин­формационных связей лабораторной установки или технологической системы. Имею­щиеся в среде Stratum графические и мультимедийные инструменты позволяют "ожи­вить" воспроизведение функционирования моделируемой системы.

Все эти преимущества среды Stratum-2000 были использованы нами для того, чтобы визуально точно воспроизвести лабораторный эксперимент, и провести все необходимые расчеты для растворов исследуемых жидкостей.

Особенностью работы является то, что ее сценарием предусмотрена не простая демонстрация работы, а активное участие пользователя в проведении этого эксперимента виртуально.

Работа состоит из виртуального проекта, демо-проигрывателя, и инструкции пользователя. Для того, чтобы выполнить работу, необходимо действовать согласно Справке пользователя (см. ниже).

Экспериментальная часть

Эксперимент проводится в два этапа: подготавливают прибор Ребиндера к работе, а затем с помощью этого прибора определяют разность уровней окрашенной жидкости в манометре, для воды (эталонная жидкость) и растворов ПАВ заданных концентраций в момент отрыва пузырька воздуха от кончика капилляра.

Этап 1.

Готовят прибор (рис.1) к работе для этого в начале при закрытом кране 4 с помощью кружки приливают избыток воды, из нижней части газометра 6 (уровень воды должен быть выше нижнего тубуса воронки газометра примерно на 5 см.) верхнюю воронку. Затем проверяют полное заполнение водой всей высоты воронки ( при наличии воздушной пробки вынимают трубку 8 с резиновой пробкой и продуванием удаляют воздух после чего снова присоединяют трубку 8) проверяют работу крана 4, наличие окрашенной жидкости в манометре 7. Тщательно промывают и ополаскивают водой капилляр 3, замеряют температуру в термостате 2.

Этап 2

определяют разницу уровня окрашенной жидкости в манометре для воды и растворов ПАВ заданных концентраций в момент отрыва (проскакивания) пузырька воздуха от кончика капилляра (этап 2) по следующей методике.

В сосуд 1 заливают исследуемую жидкость (если исследования проводят не при комнатной температуре, то жидкость выдерживается не менее 10 мин. в термостате) и опускают в нее капилляр 3 так, чтобы он едва касался поверхности жидкости (но не был погружен в нее). Открывают  кран 4 на газометре и микро-кран 5. Вытекающая вода начинает вытеснять воздух из газометра через капилляр 3. Краном 5 регулируют равномерное проскакивание отдельных пузырьков воздуха из капилляра: они должны отрываться с частотой не чаще одного в секунду. В момент отрыва пузырька замеряют не менее 5 раз максимальный (левое колено) и минимальный (правое колено) уровня окрашенной жидкости в манометре 7 с точностью 0,5 мм. И вычисляют их разность  h. Данные вносят в таблицу экспериментальных наблюдений.

Очередность исследование жидкостей следующая: замеряют величину h₀  для воды затем для растворов h_i по мере увеличения их концентрации начиная с самого разбавленного.

Все расчеты поверхностного натяжения программа выполняет согласно математической модели, в основе которой лежат уравнения Гиббса и Лэнгмюра. Результат автоматически заносится в таблицы.

Справка для пользования программой Stratum 2000

Для того чтобы запустить «Научный проект» следует:

1. Открыть папку Stratum

2. Найти в ней приложение SC200032

3. Запустить приложение SC200032

4. В появившемся окне программы нажать кнопку «файл»

5. В выплывшем подменю следует нажать «открыть»

6. Найти проект и запустить его, нажав кнопку «открыть»