表面張力儀測(cè)試原理
白金環(huán)法及白金板法
Ø 什么是表面張力？
*,，我們可以根據(jù)分子間的互相吸引力來(lái)解釋液體的性質(zhì),。這種分子間的吸引力就被稱之為分子內(nèi)聚力或稱范德華力。而表面張力,、界面張力以及相類似的現(xiàn)象就是用來(lái)解釋分子內(nèi)聚力的基本物理現(xiàn)象,。
具體來(lái)說(shuō)，構(gòu)成液體的分子在表面上所受的力與本體內(nèi)的會(huì)不相同,。在本體內(nèi)的分子所受的力是對(duì)稱的,、平衡的。而在表面上的分子,，受本體內(nèi)分子吸引而無(wú)反向的平衡力,。這就是說(shuō)，它受到的是拉入本體內(nèi)的力,。也就是說(shuō),，力圖將表面積縮小，使這種不平衡的狀態(tài)趨向平衡狀態(tài),。熱力學(xué)的說(shuō)法是：要將這體系的表面能降至小,，這個(gè)力就稱為“表面張力”,，也說(shuō)是單位面積上的自由能（J/m2）,，也就是形成或擴(kuò)張單位面積的界面所需的低能量。它的數(shù)值和表面張力（N/m）一致,。由于習(xí)慣,，常用表面張力表示表面自由能，它對(duì)液體表面的物理化學(xué)現(xiàn)象起著至關(guān)重要的作用,。在日常生活中,，早晨荷葉上的露珠、杯子中的弧形水面等均為表面張力現(xiàn)象,。
參見下圖示意
Ø 白金板法
當(dāng)感測(cè)白金板浸入到被測(cè)液體后,，白金板周圍就會(huì)受到表面張力的作用,，液體的表面張力會(huì)將白金板盡量地往下拉。當(dāng)液體表面張力及其他相關(guān)的力與平衡力達(dá)到均衡時(shí),，感測(cè)白金板就會(huì)停止向液體內(nèi)部浸入,。這時(shí)候，儀器的平衡感應(yīng)器就會(huì)測(cè)量浸入深度,，并將它轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值,。
具體測(cè)試過(guò)程中，白金板法的測(cè)試步驟為：（1）將白金板浸入液體內(nèi),；（2）在浸入狀態(tài)下,，由感應(yīng)器感測(cè)平衡值；（3）將感應(yīng)到的平衡值轉(zhuǎn)化為表面張力值,，并顯示出來(lái),。
參見下圖：
l硬件:
當(dāng)白金板接觸到樣品液后，樣品液的表面張力會(huì)將白金板往下拉,。傳感器通過(guò)平衡器感測(cè)到這個(gè)力,，傳到CPU進(jìn)行處理，.
l軟件:
傳感器感測(cè)到的力傳到電腦CPU后,，CPU通過(guò)一系列的計(jì)算,，將這個(gè)力轉(zhuǎn)化成表面張力值。.
l顯示和輸出裝置:
電腦顯示器實(shí)時(shí)輸出表面張力值,，可以將數(shù)據(jù)保存在硬盤中,，同時(shí)也可連接打印機(jī)，可立即列印出來(lái),。.
Ø 白金環(huán)法
由于被廣泛應(yīng)用于du Nou表面張力儀,，這種方法又稱為du Nouy法，并因
之操作簡(jiǎn)便而被廣泛使用,。白金環(huán)法這個(gè)稱法是因測(cè)試部分與液體樣品間會(huì)形成一個(gè)環(huán)形而得的,。
白金環(huán)法的測(cè)量方法為：（1）將白金環(huán)輕輕地浸入液體內(nèi)；（2）將白金環(huán)慢
慢地往上提升,，即液面相對(duì)而言下降,，使得白金環(huán)下面形成一個(gè)液柱，并終與白金環(huán)分離,。白金環(huán)法就是去感測(cè)一個(gè)高值,，而這個(gè)高值形成于白金環(huán)與液體樣品將離而未離時(shí)。這個(gè)高值轉(zhuǎn)化為表面張力值的精度取決于液體的粘度,。
上面等式中的F是一個(gè)修正值,，它的大小取決于環(huán)的直徑與液體的性質(zhì)。這個(gè)修正值很重要，因?yàn)橄蛳碌牧Σ⒉灰恢笔谴怪钡?，而且隨白金環(huán)拉起來(lái)的液體的狀況也很復(fù)雜,。
一般而言，F值通過(guò)Zuidema & Waters等式計(jì)算得到：
a : 0.7250
b : 0.09075 m-1s2
c : 0.04534 – 1.679 r／R
r : 白金金屬絲的半徑
R : 白金環(huán)的內(nèi)徑（兩個(gè)金屬絲中心間的距離）
r : 液體的密度
Ø 白金板與白金環(huán)法的比較
  在相關(guān)測(cè)量設(shè)備研究并生產(chǎn)出來(lái)之前,，用du Nouy白金環(huán)法測(cè)量表面張力已經(jīng)有40年的歷史了,。相比較而言，Wilhelmy白金板法只有20年的歷史,。但是,，現(xiàn)在越來(lái)越多的人使用白金板法來(lái)測(cè)量表面張力。這主要是由于白金環(huán)法存在如下各種不足：l 不易測(cè)得高粘度樣品的表面張力值,； 這主要是由于在白金環(huán)內(nèi)側(cè)上方受到了樣品向下的阻力較大 l 不易測(cè)得隨時(shí)間變化的表面張力值,； 這主要是因?yàn)?/span>白金環(huán)只能測(cè)得環(huán)離開液體時(shí)那個(gè)時(shí)間點(diǎn)的表面張力值。 l 較難保持儀器的精度,； 白金環(huán)容易變形,，它的不同大小會(huì)影響到表面張力的測(cè)量。 ■參考數(shù)據(jù): （mN/m）
◆油漆 將粘性物質(zhì)置于環(huán)的上方,，  然后進(jìn)行測(cè)量 ◆含表面活性劑的溶液 表面活性劑濃度較低,，表面活性劑不停的分散。 |
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