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表面張力測(cè)試方法的對(duì)比

1)毛細(xì)管高度法:

毛細(xì)管插入液體后，按靜力學(xué)關(guān)系，液體在毛細(xì)管內(nèi)將上升一定高度，此高度與表而張力值有關(guān)。本法理論完整，方法簡(jiǎn)單，有足夠的精確度，是重要的測(cè)定方法。欲得準(zhǔn)確結(jié)果，應(yīng)注意:

(a)要求毛細(xì)管內(nèi)徑均勻;

(b)液體與毛細(xì)管的接觸角必須是零;

(c)基準(zhǔn)液而應(yīng)足夠大，一般認(rèn)為直徑應(yīng)在10 cm以上液而才能看作平表而;

(d)要校正毛細(xì)管內(nèi)彎曲而上液體質(zhì)量。

2)鼓泡壓力法:

把毛細(xì)管捅入液體中，鼓入氣體形成氣泡，壓力升高到一定值時(shí)氣泡破裂，此最大壓差值與表而張力有關(guān)，因此也稱(chēng)最大壓力法。此法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，但氣泡不斷生成可能擾動(dòng)液而平衡，改變液體表而溫度，因而要控制氣泡形成速度，在實(shí)際操作中常用的是單泡法。

3)滴重法和滴體積法:

從一毛細(xì)管滴出的液滴大小與表而張力有關(guān)，直接測(cè)定落滴質(zhì)量的叫滴重法，通過(guò)測(cè)量落滴體積而推算的叫滴體積法。由于液滴下落的不完整，也需要校正。

4)懸滴法:

從毛細(xì)管中滴出的液滴形狀與表而張力有關(guān)。此法具有完全平衡特點(diǎn)，也要有校正因子，但不算太復(fù)雜.主要困難在于保持液油形狀穩(wěn)定不變和防比振動(dòng)。

5)靜滴法:

此法也稱(chēng)停滴法。置液滴于平板上，它將形成一個(gè)下半段被截去完整的橢圓體，表而張力與密度差及外形有關(guān)，在外形中最重要的是其最大半徑值。表達(dá)方式有3種不同計(jì)算方法，本法要求與固體接觸角大于90°。

6)拉環(huán)法:

把一圓環(huán)從液體表而拉出時(shí)最大拉力與圓環(huán)的內(nèi)外半徑可決定表而張力。本法屬經(jīng)驗(yàn)力法，但設(shè)備簡(jiǎn)單，比較常用，要求接觸角為零，環(huán)必須保持水平。

7)吊片法:

用打毛的鉑片，測(cè)定當(dāng)片的底邊平行液而并剛好接觸液而時(shí)的拉力，由此可算出表而張力，此法具有完全平衡的特點(diǎn)。這是最常用的實(shí)驗(yàn)方法之一，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不需要密度數(shù)據(jù)，也不要作任何校正。它的要求是液體必須很好潤(rùn)濕吊片，保持接觸角為零，測(cè)定容器足夠大。

液體的表面/界面張力可直接測(cè)量。測(cè)量的方法大多基于對(duì)表面/界面施加一外力，從而引起其變化，通過(guò)測(cè)量施加的力和/或其變化的程度，就可計(jì)算出表面/界面張力的值。

表面/界面張力的測(cè)量方法可根據(jù)直接測(cè)量的物理量分為

1.力測(cè)量法

2.壓力測(cè)量法

3.界面形狀分析法

力測(cè)量法通常是運(yùn)用一探針使其與待測(cè)的界面接觸，然后通過(guò)一天平來(lái)測(cè)量施加/作用在探針上的力。為了保證界面在探針表面上的潤(rùn)濕性，探針通常由金屬(如Platinum)制成。常見(jiàn)的方法有：

1. 掛環(huán)法(Du Nouy Ring method)：這可能是測(cè)量表面/界面張力的最經(jīng)典方法，文獻(xiàn)上報(bào)道的許多液體的表/界面張力值是用這一方法測(cè)得，它甚至可以在很難浸濕的情況下被使用。用一個(gè)初始浸在液體的環(huán)從液體中拉出一個(gè)液體膜(類(lèi)似肥皂泡)，同時(shí)測(cè)量提高環(huán)的高度時(shí)所需要施加的力。

2.威廉米平板法(Wilhelmy Plate method)：這是一種很普遍的測(cè)量方法，尤其適用于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量表面張力的測(cè)量。測(cè)量的量是一塊垂直于液面的平板在浸濕過(guò)程中所受的力。

其實(shí)也可以用其它幾何形狀的探針如圓棒，球等來(lái)代替平板，測(cè)量原理相同，被稱(chēng)為改變威廉米平板法(Modified Wilhelmy Plate method)。

壓力測(cè)量法是通過(guò)測(cè)量界面兩邊(兩相)的壓力差，然后運(yùn)用上述的楊-拉普拉斯(Young-Laplace)公式來(lái)計(jì)算表面張力。見(jiàn)的方法有：

1. 毛細(xì)管升高法：當(dāng)液體與毛細(xì)管管壁間的接觸角小于90度時(shí)(浸潤(rùn)的)，管內(nèi)的液面成凹面，彎曲的液面對(duì)于下層的液體施加負(fù)壓力，導(dǎo)致液面在毛細(xì)管中上升，直到壓力平衡為止。通過(guò)測(cè)量液面升高的高度，及已知毛細(xì)管內(nèi)徑和液體與毛細(xì)管管壁間的接觸角(通常默認(rèn)為是0)，就可計(jì)算出表面張力。這是一很經(jīng)典及直觀的方法，所以經(jīng)常被用來(lái)作為教學(xué)示范和學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

2.最大氣泡法：泡剛形成時(shí)，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑R極大;當(dāng)氣泡形成半球形時(shí)，曲率半徑R等于毛細(xì)管半徑r，此時(shí)R值最小。隨著氣泡的進(jìn)一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。測(cè)得了氣泡成長(zhǎng)過(guò)程中的最高壓力差，在已知毛細(xì)管半徑的情況下就能計(jì)算出表面張力。

本方法非常適用于測(cè)量表面張力隨時(shí)間的變化，所謂的動(dòng)態(tài)表面張力。

界面形狀分析法是基于對(duì)一處于力平衡狀態(tài)的界面的形狀的分析，是一種光學(xué)分析法。

1.懸滴法/座滴法：適用于界面張力和表面張力的測(cè)量。也可以在非常高的壓力和溫度下進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量液滴的幾何形狀。詳細(xì)描述參見(jiàn)這里。

2.旋轉(zhuǎn)滴法：可用來(lái)測(cè)定表/界面張力，尤其適應(yīng)于低范圍(0.1mN/m以下)界面張力的測(cè)量。測(cè)量的值是一個(gè)處于比較密集的物態(tài)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的液滴的直徑或總體幾何形狀。

3.(液滴)體積/重量法：非常適用于動(dòng)態(tài)地測(cè)量表/界面張力。測(cè)量的值是一定體積的液體分成的液滴數(shù)量(或平均每個(gè)液滴的體積或重量)。

液滴體積/重量法其實(shí)是懸滴法的一種極端情況：懸滴的體積/重量增大到無(wú)法再由表/界面張力來(lái)支撐時(shí)，導(dǎo)致表/界面撕裂而掉下。但掉下的并不是整個(gè)液滴的全部，有部分剩留在毛細(xì)管/針管管端口上，這使得掉下的液滴的體積/重量無(wú)法精確計(jì)算，需要加入經(jīng)驗(yàn)校正因子。