15. Основные методы измерения поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение – это энергия переноса молекул из объема тела на поверхность или работа образования единицы поверхности. Существует несколько методов измерения поверхностного натяжения легкоподвижных поверхностей раздела фаз «жидкость – газ» и «жидкость – жидкость»: статические, полустатические, динамические.

В статических методах поверхностное натяжение определяется на основе изучения равновесного состояния, к которому самопроизвольно приходит изучаемая система.

В методе Вильгельми определяется сила, которая необходима для уравновешивания пластинки шириной d, погруженной в жидкость; используется полностью смачиваемая жидкостью пластинка, поверхностное натяжение рассчитывается по формуле:

(1)

где F – сила, втягивающая пластинку в жидкость, за вычетом веса пластинки.

Метод капиллярного поднятия основан на определении высоты столба жидкости h в капилляре радиуса r при полном смачивании; поверхностное натяжение рассчитывают по формуле:

(2)

где r – плотность жидкости; g – ускорение силы тяжести.

Полустатические методы основаны на достижении системой неустойчивого равновесного состояния. Это методы отрыва пластинки и кольца или максимального давления в пузырьке (капле).

Метод отрыва пластинки, как и метод Вильгельми, основан на определении силы, действующей со стороны жидкости на смачиваемую ею пластинку, но определение этой силы производится при отрыве пластинки от поверхности, что смягчает требования к смачиванию пластинки. Расчет поверхностного натяжения производится по формуле (1).

Метод отрыва кольца (метод дю Нуи) – один из наиболее распространенных методов определения поверхностного натяжения жидкостей. Связь поверхностного натяжения с силой F, необходимой для отрыва от поверхности жидкости тонкого кольца с радиусом R, хорошо смачиваемого жидкостью (краевой угол смачивания ? = 0°), описывают выражением:

(3)

где величина k зависит от соотношения радиуса кольца и толщины проволоки, из которой сделано кольцо, и от поверхностного натяжения жидкости. Последняя зависимость слаба, что позволяет использовать этот метод как относительный:

(4)

где величины s и F относятся к эталонной жидкости.

Метод максимального давления пузырька (капли) основан на измерении максимального значения капиллярного давления, возникающего при образовании на срезе капилляра пузырька сферической формы:

Р? = 2? / r₀.

Это максимальное давление определяется радиусом капилляра r₀. Метод чаще всего используется как относительный, и поверхностное натяжение исследуемой жидкости определяется по отношению значений максимальных давлений Р исследуемой и эталонной Р_э жидкостей или из соотношения соответствующих высот поднятия манометрической жидкости:

(5)

где s_э – поверхностное натяжение эталонной жидкости.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.