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什么是表面張力?
我們可以根據(jù)分子間的互相吸引力來解釋液體的性質(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)象就是用來解釋分子內(nèi)聚力的基本物理現(xiàn)象,。
具體來說,，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)分子吸引而無反向的平衡力。這就是說,，它受到的是拉入本體內(nèi)的力,。也就是說，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)的說法是：要將這體系的表面能降至最小，這個(gè)力就稱為“表面張力”,，也說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至低能量。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。
表面張力儀的工作原理
表面張力儀根據(jù)所使用的技術(shù)不同,，按測(cè)試原理可分為如下幾類：
1.氣泡壓力法
這也是測(cè)定液體表面張力的一種常用的方法,，測(cè)定時(shí)將一根毛細(xì)管插入待測(cè)液體內(nèi)部，從管中緩慢地通入惰性氣體對(duì)其內(nèi)的液體施以壓力,，使它能在管端形成氣泡逸出,。當(dāng)所用的毛細(xì)管管徑較小時(shí)，可以假定所產(chǎn)生的氣泡都是球面的一部分,，但是氣泡在生成及發(fā)展過程中,，氣泡的曲率半徑將隨惰性氣體的壓力變化而改變，當(dāng)氣泡的形狀恰為半球形時(shí),，氣泡的曲率半徑為最小,，正好等于毛細(xì)管半徑。
如果此時(shí)繼續(xù)通入惰性氣體,，氣泡便會(huì)猛然脹大,，并且迅速地脫離管端逸出或突然破裂。如果在毛細(xì)管上連一個(gè)U型壓力計(jì),，U型壓力計(jì)所用的液體密度為P.兩液柱的高度差為△l,，那么氣泡最大壓力△Pmax就能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
特點(diǎn)
此方法與接觸角無關(guān),，裝置簡(jiǎn)單,，測(cè)定快速；經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測(cè)量,。由于氣泡法表面張力儀能夠模擬表面活性劑的隨時(shí)間的變化情況,，并且可以繪制完整的表面張力變化曲線，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛,。
表面張力儀的工作原理.png
2.吊環(huán)法
吊環(huán)法是1863年由Wilhelmy首先提出的,，后來，Dognon和Abribat將其改進(jìn),，測(cè)定當(dāng)打毛的鉑片,、玻片或?yàn)V紙片的底邊平行界面并剛好接觸(未脫離)界面時(shí)的拉力。要滿足吊片恰好與液面接觸,，既可采用脫離法,，測(cè)定吊板脫離液面所需與表面張力相抗衡的最大拉力，也可將液面緩慢地上升至剛好與天平懸掛已知重量的吊板接觸,，然后測(cè)定其增量,，再求得表面張力的值。
吊環(huán)法的基本原理是將浸在液面上的金屬環(huán)(鉑絲制成)脫離液面,，其所需的最大拉力,，等于吊環(huán)自身重量加上表面張力與被脫離液面周長(zhǎng)的乘積,。Timberg和Sondhauss首先使用此法，但DuNouy第一次應(yīng)用扭力天平來測(cè)定此最大拉力,。Harkins和Jordan引進(jìn)了校正因子,，可以用來測(cè)定純液體表面張力，測(cè)定時(shí)必須注意其表面張力有時(shí)間效應(yīng),。此外,，將吊環(huán)拉離液面時(shí)要特別小心，以免液面發(fā)生擾動(dòng),。
特點(diǎn)
由于液膜有一定的厚度,，同時(shí)由于上拉環(huán)也將帶起由于液膜有一定的厚度，同時(shí)由于上拉環(huán)也將帶起若干液體,，并且環(huán)的半徑和被拉起的液膜的半徑稍有不同,，所以吊環(huán)法的精度稍低。
表面張力儀的應(yīng)用.png
3.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。
4.懸滴法
懸滴法實(shí)質(zhì)上是滴外形法的一種,。滴外形法是根據(jù)液滴的外形來測(cè)定表面張力和接觸角的方法,，既有懸滴法又有躺滴法。
5.旋滴法
在樣品管中裝入高密度的液體,，再加入少量低密度液體,，密閉后，將其置于旋滴儀中使其以X角速度旋轉(zhuǎn),。在離心力,、重力及表面張力作用下，低密度液體在高密度液體中形成圓柱形液滴,。
表面張力儀的應(yīng)用
表面張力儀適用于油水的界面測(cè)試和油墨配方研制,。廣泛應(yīng)用于油漆,、涂料行業(yè)；農(nóng)藥,，電鍍行業(yè),；化妝品，食品行業(yè),；水處理,，電力行業(yè)；生物工程,，各大專院校等行業(yè),。
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