112. Измерение поверхностного натяжения методом пластинки Вильгельма

Тонкую пластину проводят вертикально к поверхности жидкости, смачивающей материал пластины(обычно испольщуют стекло, алюминий, сталь, платину). После контакта с жидкостью по обеим сторонам пластины образуются вогнутые мениски высотой h. В результате нижняя часть пластины оказывается погруженной в жидкость и ее вес уменьшается в соответствии с законом Архимеда на величину ∆G=2V_мρ_жg (ρ_ж – плотность жидкости, V_м - объем одного мениска). Для сохранения механического равновесия на пластину в противоположном направлении (вверх) должна действовать сила f=∆G , эту силу f измеряют достаточно чувствительным динамометром или весами. Для установления связи между измеряемой силой f и поверхностным натяжением жидкости σ нужно рассчитывать объем капиллярного мениска. Высота капиллярного подъема H жидкости вдоль вертикальной поверхности определяется (как и для капилляра) капиллярным давлением в вогнутом мениске. Из закона Лапласа следует, что в данном случае Н=α(1-sinθ) ^½ (а – капиллярная длина, θ<90° - кравевовй угол смачивания). Объем мениска равен V=1/H²l (l –ширина пластины); соответственно изменение веса пластины после образования двух менисков составляет ∆G=21/H²l ρ_жg=2σ/cosθ. При полном смачивании cosθ=1 и σ=f/(2l). Точность определения поверхностного натяжения методом пластины Вильгельми может быть доведена до 0,01 мДж/м²

113. Измерение поверхностного натяжения методом вращающейся капли

Этот метод используют для измерения очень малых поверхностных натяжений на границе двух несмешивающихся жидкостей А и В. Рассмотрим случай, когда капля более легкой жидкости А помещена в трубкуЮ заполненную жидкостью В. При вращении трубки вокруг ее оси центробежные силы перемещают каплю к оси и «расплющивают» ее - превращают в эллипсоид. Равновесная форма такой капли зависит от угловой скорости вращения ω, которая связана с поверхностным натяжением σ12 на границ двух несмешивающихся жидкостей 1 и 2 уравнением σ12=∆рω²r³/4 где ∆р=(р_В-р_А) – разность плотностей жидкостей А и В; r – радиус трубки. Метод вращающейся капли позволяет ищмерять поверхностные натяжения до 10(-3) мН/м, что особенно важно для микроэмульсионных систем и для процесса самопроизвольного диспергирования.

114. Измерение поверхностной энергии твердых тел.

1) метод нулевой ползучести. Измерения проводят вблизи температуры плавления данного материала, когда он обладает высокой пластичностью и легко удлиняется под действием небольших нагрузок. Вертикально подвешенные образцы из металлической фольги не растягиваются при условии (f – экспериментально определяемая сила, при которой отсутствует ползучесть) l – ширина образца

2)Метод хрупкого разрушения.

При достаточно низких температурах (в жидком азоте) пластическая деформация, предшествующая разрушению, очень мала. Поэтому по измерениям разрушающей силы можно рассчитать поверхностную энергию данного материала. Для низкоэнергетических твердых тел поверхностные энергии можно определить, измеряя краевые углы θ разных жидкостей в контакте с данным материалом. Достоинство этого метода заключается в том, что он не требует механического деформирования и разрушения образцов. Тем самым исключаются погрешности, вызванные пластической деформацией и необратимостью процесса образования поверхности.