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液体表面张力的系数测定

来源:www.ahlulin.com   时间:2023-03-20 14:15   点击:210  编辑:万素   手机版

一、液体表面张力的系数测定

液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、du Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。由于动力学法本身较复杂, 测试精度不高, 而先前的数据采集与处理手段都不够先进, 致使此类测定方法成功应用的实例很少。因此, 迄今为止, 实际生产中多采用静力学测定方法。

毛细管上升法

测定原理:

将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。则表面张力 :γ=ρghr/(2cosθ)

式中γ为表面张力, r 为毛细管的半径, h 为毛细管中液面上升的高度, ρ为测量液体的密度, g 为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。

Wilhelmy 盘法

用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上, 测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力, 由此得表面张力, 公式为:

式中,W 总为薄片与液面拉脱时的最大拉力,W片为薄片的重力, l 为薄片的宽度, 薄片与液体的接触的周长近似为2l, φ为薄片与液体的接触角

悬滴法

悬滴法是根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。在一定平面上, 液滴形状与液体表面张力和密度有直接关系。由Laplace公式, 描述在任意的一点P 曲面内外压差为:

式中R1, R2 为液滴的主曲率半径; z 为以液滴顶点O 为原点, 液滴表面上P 的垂直坐标; P0 为顶点O 处的静压力。

定义:S= ds/de

式中de 为悬滴的最大直径, ds 为离顶点距离为de 处悬滴截面的直径

式中b 为液滴顶点O 处的曲率半径。此式最早是由Andreas, Hauser 和Tucker[15]提出, 若相对应与悬滴的S 值得到的1/H 为已知, 即可求出表( 界) 面张力。应用Bashforth-Adams 法, 即可算出作为S 的函数的1/H 值。因为可采用定期摄影或测量ds/de 数值随时间的变化, 悬滴法可方便地用于测定表( 界) 面张力。

滴体积法

当一滴液体从毛细管滴头滴下时, 液滴的重力与液滴的表面张力以及滴头的大小有关。Tate首先提出了表示液滴重力(mg) 的简单关系式:mg=2πrγ,实验结果表明, 实际体积比按式( 7) 式计算的体积小得多。因此Harkins 就引入了校正因子, 则更精确的表面张力可以表示为:其中m 为液滴的质量, V 为液滴体积, f 为校正因子, 可查表得到[16, 23]。只要测出数滴液体的体积, 利用( 13) 式就可计算出该液体的表面张力。

最大气泡压力法

若在密度为ρ的液体中, 插入一个半径为r的毛细管, 深度为t, 经毛细管吹入一极小的气泡, 其半径恰好与毛细管半径相等。此刻, 气泡内压力最大。根据拉普拉斯公式, 气泡最大压力为:

差分最大气泡压力法

差分最大气泡压力法最早是由Sugden 于1921 年提出来的并提出计算公式, 后经过Cuny和Wolf 等的不断改进, 原理是:两个同质异径的毛细管插入被测液体中, 气

泡从毛细管中通过后到达液体中, 测量两个毛细管中气泡的最大压力p1 和p2, 表面张力是压差的函数, 计算公式为:

二、不是基质的特征

非基质的特征是,栽培作物没有固定根系的基质,根系直接与营养液接触。无基质栽培又分为水培和雾培两种。水培是指不借助基质固定根系,使植物根系直接与营养液接触的栽培方法。主要包括深液流水培、营养液膜栽培和浮板毛管栽培。雾培又称气培或气雾培,也有喷雾培、半喷雾培的说法,是利用过滤处理后的营养液在压力作用下通过雾化喷雾装置,将营养液雾化为细小液滴,直接喷射到植物根系以提供植物生长所需的水分和养分的一种无土栽培技术。

三、怎样测量表面张力

1、 滴重法

滴重法也叫做滴体积法,这种反分法比较精确而且简便。其基本原理是:自一毛细管滴头滴下液体时,液滴的大小与液体的表面张力有关,即表面张力越大,滴下的液滴也越大,二者存在关系式:

W=2πRγf (1)

γ=W/(2πRf} (2)

式中,W为液滴的重量;

R为毛细管的滴头半径,其值的大小由测量仪器决定;

f为校正系数。一般实验室中测定液滴体积更为方便,

因此式(2)又可写为:

γ=(Vρg/R)×(1/2πf) (3)

式中,V为液滴体积;ρ为液体的密度;f为校正因子。

对于特定的测量仪器和被测液体,R和ρ是固定的,在测量过程中,只要测出数滴液体的体积, 就可计算出该液体的表面张力。

测表面张力毛细管半径一般是760mm。

根据拉普拉斯方程半径越小,附加压力越大,测量相对误差越小,但是太小容易出现多泡,使读数不稳定;液体的表面/界面张力可直接测量。测量的方法大多基于对表面/界面施加一外力,从而引起其变化,通过测量施加的力和/或其变化的程度,就可计算出表面/界面张力的值。

系数测定

液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、du Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。

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