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液体表(界)面张力测量方法概述

2018.6.27
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奈奈生

致力于为分析测试行业奉献终身

表面张力是由物态内部的分子(或原子)间的相互吸引力导致的,拿液体为例,液体内部分子之间的吸引力一般比气体中分子之间或气体与液体之间的分子之间的吸引力要大。表面张力的起因实际上是界面所造成的不对称,是一个位于表面内的力。严格地说表面是指液体与其本身的饱和蒸汽间形成的特殊相界面,而界面则是通指一液体与另一互不相如溶的液体(或流体)之间形成的相界面。这里提到的内容既适用于表面,也适用于界面,所以二者不严格区分,除非特殊提及。

要扩大一个一定体积的液体的表面,那么需要向这个液体作功。表面张力被定义为在扩大一单位面积的液体表面时所要作的功,因此表面张力也可以被看作是表面能的密度。

insect on water表面张力是一种物理效应,它使得液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积,就好像它是一层弹性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的状态。由于球面是同样体积下面积最小的几何形状,因此在没有外力的情况下(比如在失重状态下),液体在平衡状态下总是呈球状。

表面张力的存在使得一表面/界面两边的压力不再相同,这一压力差的大小取决于界面张力及届面的曲率, 可用杨-拉普拉斯(Young-Laplace)公式来描述:Young-Laplace Eq.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。

表面/界面张力的测量方法可根据直接测量的物理量分为:

力测量法挂环法通常是运用一探针使其与待测的界面接触,然后通过一天平来测量施加/作用在探针上的力。为了保证界面在探针表面上的润湿性,探针通常由金属(如Platinum)制成。常见的方法有:

压力测量法是通过测量界面两边(两相)的压力差,然后运用上述的杨-拉普拉斯(Young-Laplace)公式来计算表面张力。常见的方法有:

界面形状分析法是基于对一处于力平衡状态的界面的形状的分析,是一种光学分析法。


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