Динамические методы

Все поверхности обладают избыточной энергией. Избыток энергии  на поверхности раздела фаз жидкости и твердых тел определяется не скомпенсированными как межмолекулярными взаимодействиями, так и химическими.

Основные взаимодействия поверхностных натяжений – это  водородные связи, диполь – дипольные  взаимодействия.

Существуют статистические и динамические методы поверхностного натяжения. Статистические не связаны  с разрушением поверхности. Динамические связаны с разрушением поверхности. В тоже время различают динамическое и статическое поверхностное  натяжение. Статическое поверхностное  натяжение правильнее называть равновесным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

γ>γ_равн – динамическое поверхностное натяжение.

Методы определения поверхностного натяжения материалов  покрытий и подложек.

1. Статические
2. Динамические

Динамические  методы.

Метод  Дю Нуи (метод  отрыва кольца). Для однофазной жидкости с  постоянным поверхностным натяжением.

Метод Ребиндера. Метод максимального  давления пузырька. Этим методом определяют динамические и статические поверхностные  натяжения. Величина поверхностного натяжения  будет зависеть от времени между  пробулькиванием.

Метод стоячих волн. Длина  волны зависит от поверхностного натяжения.

 

Статические методы.

Метод Вильгельми. Рекомендуется  для растворов ПАВ. Метод основан  на измерении силы, втягивающей вертикальную пластинку в жидкость.

Выполнение работы.

Измерение проводится при  помощи торсионных весов(Рисунок 1). Вместе чашки весов используется пластинка. Перед началом работы ручку арретира (1) поворачивают в вертикальное положение  для обеспечения свободного движения коромысла (2).

Настройка прибора.

Регулируя нагрузку на стеклянную пластинку  при помощи рукоятки (3), устанавливают  стрелку (6) в нулевое положение. Затем  вращая рукоятку (4), совмещают нулевое  деление шкал 1 и 2. Перед проведением  измерений исследуемую жидкость термостатируют. Стаканчик с исследуемой  жидкостью (8) устанавливают на подъемный  столик (7) и, вращая рукоятку (9), поднимают  до соприкосновения пластинки с  жидкостью. Момент соприкосновения  устанавливают по резкому отклонению стрелки по шкале прибора, увеличивая нагрузку на стеклянную пластинку при  помощи рукоятки (3), добиваются возвращения  стрелки в прежнее положение.

 

1 – ручка арретира

2 – коромысло

3 – рукоятка для измерения  нагрузки на пластинку

4 – рукоятка для регулирования  уровня шкалы

5 – шкалы 1 и 2

6 – стрелка

7 – подъемный столик

8 – стаканчик

9 – рукоятка для поднятия  столика

10 – корпус

 
Для расчета используется уравнения:   (1), где поверхностное натяжение жидкости; - краевой угол смачивания; g – постоянная гравитации; – разность в весе сухой и частично погруженной в жидкость пластинки; П – периметр погружаемой пластинки; S – поперечное сечение пластинки; p – плотность жидкости; h – глубина погружения.

Принимают, что , так как смачивание стекла полное, phs=0, так как пластинка не погружается в жидкость, а только касается её поверхности. (h=0). П=2(r+b), где b –толщина пластинки, r- длина поперечного сечения. Так как b очень мало, то П=2r. Тогда уравнение принимает следующий вид :   (2) , где k- коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально или теоретически.

 

Экспериментальное определение коэффициента пропорциональности.

Величина k определяется по жидкости с известным поверхностным натяжением. В качестве жидкости использовали гексан. Справочная единица поверхностного натяжения = 18,618 Н/м. путем взвешивания по указанной выше методике получены следующие значения Р: 90, 92, 94 мг. Среднее значение Р=92 мг. Длина поперечной пластинки, смоченной жидкостью r =24 мм.

Из уравнения (2) выражаем k: k= ==9,7 H/г.

Таким образом уравнение  для расчета поверхностного натяжения  имеет вид:

    (3).