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界面张力仪公式推导及工作原理

一、表面张力

液体的表面一般表现出收缩其表面积的倾向,如呈椭球形的雨滴,毛细管口的水滴等,这是因为在等质量的液体的各种形状中,以球的表面积最小。

液面上(对于弯曲液面是在液面的切面上)垂直作用于单位长度上的使其表面积收缩的力称为表面张力,其单位为N·m-1(牛顿·米-1)或mN·m-1(毫牛顿·米-1)。

从热力学角度看,表面张力的物理意义是在等温等压下,增加单位表面积时吉布斯函数的增量,又称为比表面自由能,简称表面自由能,单位为J/m2

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二、影响表面张力的因素

1.物质的本性

不同的物质具有不同的表面张力,主要是因为物质分子间的作用力不同。对于非极性的有机液体,主要是色散力。对于有氢键相互用力的液体,表面张力一般较大。对于有金属键的液体,表面张力值更大。

2.温度

一般液体的表面张力随温度的升高而下降,即温度系数为负。也有温度系数为正的,如铜、锌等。

大多数液体物质的表面张力随温度呈线性下降关系,一般的线性经验公式的最简形式是

δ=δ01-bT………………………………….1)

式中δ为表面张力,T为热力学温度,-b为温度系数。

3.压力

一般情况下,液体的表面张力随气相压力的增加而降低。这是因为气相压力的增加,会使气相中物质在液体中的溶解度增加,并可能产生吸附,使表面张力下降。

 

三、圆环法

圆环法是将一铂丝制成的圆环平置在液面上,然后测定使环拉脱表面所需要的力W(图1),WWWW为环脱离液面时的最大拉力,W为环的重量。W与表面张力的关系为


式中,R是环的平均半径,F是校正因子。


校正因子F是一个经验系数,与环的尺寸、液体的性质等因素有关,通过Zuidema & Waters等式计算得到:


相应的

GB6541《石油产品油对水界面张力测定法》(圆环法)中


式中,δ为试样的界面张力,毫牛顿/

M为膜破时刻度盘读数,毫牛顿/

      ρ0为水在25℃时的密度,克/毫升

      ρ1为试样在25℃时的密度,克/毫升

      F为系数,按式(6)计算

P为常数,按式(7)计算

为铂丝的半径,毫米

大富翁棋牌app为铂丝环的平均半径,毫米

GB18396-2001《天然胶乳 环法测定表面张力》中


式中,δ为胶乳的表面张力,毫牛顿/

M为膜破时刻度盘读数,毫牛顿/

      ρ为液体的密度,克/毫升

      F为系数,按式(8)计算

P为常数,按式(9)计算

r为铂丝的半径,毫米

R为铂丝环的平均半径,毫米


四、仪器的工作原理

仪器所采用的工作原理是将高频感应微小位移自动平衡测量系统应用到扭力天平中去,即作用到铂环上的力发生改变时,与铂环所连接的平衡杆在两个涡流探头中产生位移,使两个涡流探头中产生的电感量发生变化,由此引起差动变压器失去平衡,随之电路中差动放大器的输入信号也失去平衡,经放大器放大后输出一个随铂环受力变化而变化的电信号,此信号送到微处理机中进行处理,自动计算出被测试样的实际张力值。 使用华坤仪器,只需轻轻一按,实验就会自动完成,  自动显示报告值!欢迎来电咨询!

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                                               作者: 赵玮
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