1.4. Методы определения поверхностного натяжения
Существуют два типа методов определения поверхностного натяжения: статические и динамические.
Динамические методы, например метод колебания струи, вытекающей из отверстия неправильной формы, позволяют измерить поверхностное натяжение вновь образованной поверхности сразу после ее образования. Статическими методами измеряют поверхностное натяжение на границе раздела фаз, пришедших в равновесие. Если равновесие между фазами устанавливается достаточно быстро, то статическое поверхностное натяжение можно измерить достаточно просто. Если же равновесие устанавливается за очень длительный промежуток времени, особенно при переходе одного из компонентов системы через границу раздела фаз, то ни один из методов не дает истинного значения равновесного поверхностного натяжения. В этом случае говорят о полустатических значениях поверхностного натяжения и в обязательном порядке следует оговаривать продолжительность образования новой поверхности раздела фаз.
Наибольшее распространение получили следующие методы определения поверхностного натяжения жидких межфазовых границ:
· метод измерения массы или глубины погружения предмета в исследуемую жидкость (метод Вильгельми);
· метод измерения геометрических размеров свободных поверхностей раздела фаз (лежащая, висящая или вращающаяся капля, сидящий или висящий пузырек);
· метод измерения усилия отрыва предмета от поверхности раздела фаз (отрыва цилиндра — метод Падди, отрыва кольца — метод Дю-Нуи);
· метод измерения максимального давления в пузырьке газа или капле жидкости (метод Шредингера).
Источник
Метод отрыва кольца (лаба по физике на первом курсе)
На поверхность исследуемой жидкости помещают кольцо или рамку. Если жидкость смачивает кольцо, то силы поверхностного натяжения F1 и F2, действующие на его наружную и внутреннюю поверхности диаметрами D и d, направлены внутрь жидкости:
Суммарная сила поверхностного натяжения равна:
Чтобы оторвать кольцо от поверхности жидкости, надо приложить направленную вверх силу F, которая скомпенсирует силу тяжести mg кольца и силу поверхностного натяжения Fσ:
Измерив с помощью динамометра силу отрыва кольца и зная массу и размеры кольца можно определить поверхностное натяжение жидкости:
Источник
Методы измерения контактного угла
Метод падения капли
В этом методе на поверхность твердого тела падает капля жидкости. Затем с помощью микроскопа измеряются контактный угол и радиус капли. Контактный угол можно измерить по формуле Юнга:
cosθ = (ρг — ρл)g / σ
где θ — контактный угол, ρг — плотность газа, ρл — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, σ — поверхностное натяжение.
Метод наклона пластины
В этом методе пластина с покрытием из жидкости наклоняется под углом относительно горизонтальной поверхности. С помощью угломера измеряется контактный угол, и затем он используется для вычисления поверхностного натяжения жидкости. Этот метод является быстрым и простым для использования.
Метод капель на поверхности
В этом методе на поверхность жидкости падают капли другой жидкости. Затем с помощью микроскопа измеряется контактный угол. Этот метод позволяет определить поверхностное натяжение обоих жидкостей.
Каждый из этих методов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор метода зависит от конкретных условий и требований. Использование правильного метода измерения контактного угла поможет получить более точные данные о поверхностном натяжении жидкости.
Метод — отрыв — кольцо
|
Зависимость поверхностного натя-жения от температуры.| Методы определения поверхностного натяжения — капиллярный ( а, отрывом кольца ( б и по падению капли ( в. |
Метод отрыва кольца ( 3.19 6) основан на прямом измерении усилия, необходимого для отрыва стандартного кольца от поверхности жидкости.
|
Поправочные коэффициенты для метода взвешивания капли. |
Метод отрыва кольца распространен довольно широко. Заключается он в следующем: определяется сила отрыва кольца или петли из проволоки от поверхности жидкости.
Метод отрыва кольца очень прост, поэтому он широко применяется на практике. Необходимо, однако, иметь в виду, что при измерениях методом отрыва кольца должны соблюдаться следующие условия: 1) проволока кольца должна лежать в одной плоскости; 2) плоскость кольца должна быть строго горизонтальна; 3) измерительная чашка должна быть достаточно велика, чтобы мениск жидкости в чашке не влиял на форму поверхности, отрываемой кольцом; 4) поверхность жидкости при определении должна находиться в покое.
Метод отрыва кольца или пластинки заключается в следующем.
Метод отрыва кольца может быть видоизменен путем применения длинной вертикальной пластинки или прямой проволоки вместо кольца. Метод может быть применен и для измерения поверхностного натяжения на границе двух жидких фаз, однако лишь при условии, что краевой угол между кольцом и жидкостью, из которой оно вытягивается, равен нулю.
Метод отрыва кольца очень прост, поэтому он широко применяется на практике. Необходимо, однако, иметь в виду, что при измерениях методом отрыва кольца должны соблюдаться следующие условия: 1) проволока кольца должна лежать в одной плоскости; 2) плоскость кольца должна быть строго горизонтальна; 3) измерительная чашка должна быть достаточно велика, чтобы мениск жидкости в чашке не влиял на форму поверхности, отрываемой кольцом; 4) поверхность жидкости при определении должна находиться в покое.
|
Поверхностное натяжение сланцевых продуктов. |
Метод отрыва кольца не является надежным и не может быть рекомендован для достаточно точных измерений.
Применение метода отрыва кольца требует выполнения ряда условий: 1) кольцо должно полностью смачиваться жидкостью. При неполном смачивании результаты будут за-ниженными; 2) кольцо должно быть плоским ( форма пропеллера недопустима); 3) плоскость кольца должна быть строго параллельна поверхности жидкости. Показано, что отклонение от горизонтали на 2 приводит к погрешности — 1 6 %; 4) поверхность жидкости должна быть достаточно велика, чтобы исключить влияние мениска у стенки сосуда; 5) недопустимо сотрясение прибора при измерениях.
Описанный выше метод отрыва кольца, серьги и пластинки может быть использован для измерения межфазного натяжения со следующими поправками.
В основе метода отрыва кольца лежит измерение усилия, необходимого для отрыва проволочного кольца от поверхности жидкости. Вместе с кольцом поднимается некоторое количество смачивающей его жидкости. Отрыв кольца происходит в тот момент, когда сила поверхностного натяжения, удерживающая кольцо, и вес поднятой жидкости уравновешиваются. Принцип его работы заключается в следующем.
Определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца ( с помощью тензиометра) заключается в измерении силы, необходимой для отрыва проволочного кольца вместе со смачивающей его жидкостью от поверхности жидкости. Необходимым условием при использовании этого метода является полное смачивание кольца жидкостью.
Определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца сводится к измерению силы F, необходимой для отрыва проволочного кольца от поверхности жидкости. Одним из основных условий определения а рассматриваемым методом является полное смачивание кольца исследуемой жидкостью. В этом случае при отрывании кольца вместе с ним поднимается и столбик жидкости, сила тяжести которого равна приложенной силе. Отрыву жидкости препятствуют силы поверхностного натяжения. В момент равновесия, когда внешнее усилие достигает значений сил поверхностного натяжения, столбик жидкости разрушается, и кольцо отрывается от поверхности жидкости.
