作者玛丽·贝丝·加拉格尔，麻省理工学院 表面张力是水的一种特性，它能使细菌掠过水面
约翰·林哈德和基肖·纳亚尔为了解海水表面张力如何随温度和盐度变化而进行的研究已经成为一项国际标准
荣誉:克里斯托弗·保罗高中 水的这种特性被称为表面张力，它能让虫子掠过池塘表面，或者让一个小心放置的回形针漂浮在一杯水的顶部
理解水的表面张力在广泛的应用中很重要，包括传热、脱盐和海洋学
尽管人们对淡水的表面张力知之甚多，但对海水的表面张力却知之甚少——直到最近
2012年，约翰·林哈德，阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水和机械工程教授，当时的研究生基肖·纳亚尔SM '14，博士
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19开始了一个研究项目，以了解海水表面张力如何随温度和盐度而变化
两年后，他们在《物理和化学参考数据杂志》上发表了他们的发现
今年春天，国际水和蒸汽特性协会宣布，他们已经将莲恩哈德和纳亚尔的工作视为国际准则
根据IAPWS，Lienhard和Nayar的研究“提出了海水表面张力作为温度和盐度的函数的相关性
“指南的公布标志着与麻省理工学院和全球数十名合作者八年工作的完成
“这个项目源于我在海水淡化方面的工作
在脱盐过程中，你需要了解水的表面张力，因为这影响水如何通过膜的孔隙，”世界领先的脱盐专家莲哈德解释道——盐水经过处理成为可饮用淡水的过程
林哈德建议纳亚尔测量海水的表面张力，并将结果与纯水的表面张力进行比较
他们很快就会发现，从盐水中获取可靠的数据将会非常困难
这个带盖子的烧杯被研究小组用来获取海水表面张力的数据
信用:Kishor Nayar “我们原本以为这些实验会非常简单，我们会在一两个月内完成
但是当我们开始研究它的时候，我们意识到这是一个更难解决的问题
从一开始，纳亚尔就希望获得足够准确的数据来制定一个财产标准
这样做要求测量的不确定度小于1%
纳亚尔解释说:“当你谈论房产测量时，你需要尽可能准确。”
要达到这样的精确度，他必须克服的第一个障碍是找到合适的仪器来进行可靠的测量——事实证明这并不容易
测量表面张力 为了测量水的表面张力，林哈德和纳亚尔与机械工程教授加雷思·麦金利以及当时的研究生达薇亚·潘查纳坦(Divya Panchanathan)合作
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他们从一种被称为威廉姆板的装置开始，这种装置通过将一个小铂板放入一个装有水的烧杯中，然后测量当板上升时水施加的力来发现表面张力
测试海水表面张力的实验装置特写
信用:Kishor Nayar 纳亚尔和潘查纳坦努力测量高温下盐水的表面张力
纳亚尔说:“我们不断发现的问题是，一旦温度超过50摄氏度，烧杯上的水蒸发得比我们测量的要快。”
没有任何工具可以让他们得到他们需要的数据——所以纳亚尔求助于麻省理工学院的兴趣商店
他用车床为烧杯盖了一个特殊的盖子，用来保存蒸汽
“基索尔建造的小盖子精确地切割了门，这使得他可以将表面张力探针穿过盖子，而不会让水蒸气逸出，”莲哈德解释道
在获取数据方面取得进展后，该团队遭遇了巨大挫折
他们发现，随着时间的推移，在他们的测试烧杯上形成的几乎看不见的盐垢给他们的测量带来了误差
为了获得最准确的数值，他们决定在每次测试中使用新的烧杯
结果，纳亚尔不得不在硕士论文到期前重复九个月的工作
幸运的是，既然主要问题已经确定并解决，实验可以重复得更快
纳亚尔能够按时重做实验
该小组测量了海水的表面张力，范围从室温到90摄氏度，盐度从纯水到海水盐度的四倍
他们发现，随着水从室温到沸腾，表面张力降低了大约20%
同时，随着盐度的增加，表面张力也会增加
该团队揭开了海水表面张力的神秘面纱
该小组测量了海水的表面张力，范围从室温到90摄氏度，盐度从纯水到海水盐度的四倍
信用:Kishor Nayar “这确实是我做过的最具技术挑战性的事情，”纳亚尔回忆道
他们的数据平均偏差为0
19 %,最大偏差仅为0
6%——完全在指南所需的1%范围内
从硕士论文到国际指南 完成硕士论文三年后，纳亚尔获得了博士学位
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学生，参加了在日本京都举行的国际植物保护学会会议
协会是一个非营利的国际组织，负责发布水和蒸汽特性的标准
在那里，纳亚尔会见了水表面张力领域的领导人，他们一直在努力解决纳亚尔面临的同样问题
这些接触让他开始了漫长而严格的过程，将某样东西宣布为国际准则
该协会此前公布了由已故麻省理工学院机械工程系系主任、教授约瑟夫·亨利·基南开发的蒸汽特性标准
为了加入基南成为IAPWS标准的作者，该团队的数据需要由其他研究人员进行的测量来验证
在与协会合作三年后，该小组的工作最终被采纳为国际准则
研究小组发现，随着海水从室温到沸腾，表面张力降低了大约20%
同时，随着盐度的增加，表面张力也会增加
信用:加雷思·麦金利 对于拿亚来说，他是博士毕业的
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去年，现在是工程咨询公司GHD的高级工业水/废水工程师，指导方针的宣布使得漫长的几个月收集数据非常值得
“感觉像是有什么事情要完成了，”他回忆道
根据莲恩哈德的说法，纳亚尔、潘查纳坦、麦金利和莲恩哈德在2014年报告的发现广泛适用于许多行业
“这当然与海水淡化工作有关，但也与海洋学问题有关，比如毛细波动力学，”他解释道
这也有助于解释像虫子或回形针这样的小东西是如何漂浮在海水上的
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