表面張力儀測試原理

   ⒈ 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)的會不相同.在本體內(nèi)的分子所受的力是對稱的,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zui小,這個力就稱為"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zui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.表面張力液體表面分子
分子內(nèi)聚力液體本體內(nèi)分子
γL
θ
γSγSL 固體
液體
γS=γL cosθ+γSL Young equation
γS : 固體表面張力
γSL : 固/液表面張力
γL : 液體表面張力
θ : 接觸角
    ⒈ 白金板法
    當(dāng)感測白金板浸入到被測液體后,白金板周圍就會受到表面張力的作用,液
體的表面張力會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,感測白金板就會停止向液體內(nèi)部浸入.這時候,儀器的平衡感應(yīng)器就會測量浸入深度,并將它轉(zhuǎn)化為液體的表面張力值.具體測試過程中,白金板法的測試步驟為:（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. 


    表面張力平衡值
    1） 感測白金板的表面張力將遠(yuǎn)大于液體的表面張力,以便于液體有效潤濕白金板及在板上爬升;
    2） 液體會在白金板周圍形成一個角度的弧形液面;
    3） 表面的分子力發(fā)生作用,并將白金板往下拉.As 湔鄶貅 液體樣品 液體樣品
    P = mg + Lγ cosθ - shρg
平衡力 = 白金板的重力 + 表面張力總和 - 白金板受到的浮力
（向上） （向下） （向上）
m : 白金板的重量
g : 重力（9.8N/ Kg）
L : 白金板的周長
γ: 液體的表面張力
θ: 液體與白金板間的接觸角
s : 白金板橫切面面積
h : 白金板浸入的深度
ρ: 液體的密度 
     硬件: 當(dāng)白金板接觸到樣品液后,樣品液的表面張力會將白金板往下拉.傳感器通過平衡器感測到這個力,傳到CPU進(jìn)行處理,. 
     軟件: 傳感器感測到的力傳到電腦CPU后,CPU通過一系列的計算,將這個力轉(zhuǎn)化成表面張力值..終端打印機(jī)頻譜儀樣品臺探測白金板平衡器傳感
    顯示和輸出裝置:電腦顯示器實時輸出表面張力值,可以將數(shù)據(jù)保存在硬盤中,同時也可連接
打印機(jī),可立即列印出來..
    ⒈ 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
之操作簡便而被廣泛使用.白金環(huán)法這個稱法是因測試部分與液體樣品間會形成

馬達(dá)
CPU
2r
2R
P
其中
P : 作用于白金環(huán)向下的力
2r : 白金環(huán)（金屬絲）的直徑
2R: 白金環(huán)的內(nèi)徑 （兩個金屬絲中心間的距離）
表面張力γ=F
R
P
π4
一個環(huán)形而得的.
白金環(huán)法的測量方法為:（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,即液面相對而言下降,使得白金環(huán)下面形成一個液柱,并zui終與
白金環(huán)分離.白金環(huán)法就是去感測一個zui高值,而這個zui高值形成于白金環(huán)與液
體樣品將離而未離時.這個zui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是一個修正值,它的大小取決于環(huán)的直徑與液體的性質(zhì).
這個修正值很重要,因為向下的力并不一直是垂直的,而且隨白金環(huán)拉起來的液
體的狀況也很復(fù)雜.
一般而言,F值通過Zuidema & Waters等式計算得到:
C
R
P
R
b
aF+ =
ρππ4
14
）（
22
2
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（兩個金屬絲中心間的距離）
ρ : 液體的密度
    ⒈ 白金板與白金環(huán)法的比較
在相關(guān)測量設(shè)備研究并生產(chǎn)出來之前,用du Nouy白金環(huán)法測量表面張力已經(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)在越來越多的人使用白金板法來測量表面張力.這主要是由于白金環(huán)法存在如下各種不足:不易測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 
不易測得隨時間變化的表面張力值; 這主要是因為 白金環(huán)只能測得環(huán)離開液體時那個時間點(diǎn)的表面張力值.較難保持儀器的精度; 白金環(huán)容易變形,它的不同大小會影響到表面張力的測量.
    參考數(shù)據(jù): （mN/m）
    油漆 含表面活性劑的溶液
    白金環(huán)法35.432.1
    白金板法31.328.8 
    油漆 將粘性物質(zhì)置于環(huán)的上方, 然后進(jìn)行測量 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.