7

Методи визначення поверхневого натягу

В залежності від агрегатного стану всі поверхні поділяються на Р-Г, Р-Р, Р-Т, Т-Г, Т-Т. Поверхневий натяг легко визначити лише на межі поділу Р-Г і Р-Р. Ми розглянемо лише методи визначення  на межі поділу Р-Г.

Методи поділяються на:

Статичні – визначення  після досягнення рівноважного стану поверхні поділу.

Динамічні – визначення  поверхні поділу в момент її утворення (неточні).

Найчастіше використовують статичні методи.

а) метод рахунку чи зважування крапель;

б) метод капілярного підняття;

в) метод відриву кільця;

г) метод максимального тиску в газовому пухирці;

Метод рахунку крапель

Відомо, що вага краплі, яка повільно відривається при витіканні рідини з капіляра тим більша, чим більший поверхневий натяг рідини. В методі відліку крапель використовують сталагмометр. Він нагадує піпетку Мора. З сталагмометра рідина витікає краплями. Підраховуючи кількість крапель, які витікають зі сталагмометра об’єм якого відомий, неважко розрахувати поверхневий натяг рідини на межі поділу з повітрям.

Теорія цього методу: на краплю, яка витікає з сталагмометра діє сила тяжіння F₁ = mg, яка прагне відірвати краплю від капіляра, і сила поверхневого натягу F₂ = 2r, яка прагне скоротити поверхню краплі і протидіє її відриву від сталагмометра. При відриві краплі F₁=F₂.

V – об’єм стал; n – число пр;  - густина речовини; g – прискорення вільного падіння; r – радіус капіляра.

Це порівняльний метод, тому для розчину порівняння:

Поділивши одну нерівність на іншу, одержимо

де n₀–кількість крапель води (розчину порівняння)

n-кількість крапель дослідженого розчину

 і ₀ – густина води і розчину відповідно

₀ поверхневий натяг води

Метод простий, але неточний. Не підходить для в’язких і легко летких рідин.

Метод капілярного підняття

Якщо занурити в воду частину капілярної скляної трубки, то в результаті змочування скляної поверхні утворюється ввігнута поверхня (меніск).

Рисунок

З формули Лапласа відомо, що капілярний тиск, який виникає при викривленій поверхні діє в напрямку “стягування” поверхні в результаті виштовхуючої сили, рідина піднімається у капілярі до того часу, поки вага водяного стовпчика не врівноважує діючу силу, яка чисельно дорівнює капілярному тиску.

, де

В момент рівноваги F₁=F₂ сила тяжіння стовпчика рідини

h - висота стовпчика Н₂О;

r - радіус кривизни меніска;

R – радіус капіляра;

g - прискорення сили тяжіння;

 - густина рідини;

 - поверхневий натяг.

У випадку незмочування Q>90°, cosQ<0 тому h<1, тому рівень рідини повинен опускатися. У випадку повного змочування і при малих значеннях R, cosQ = 1 (Q = 0).

Звідси видно, що висота підняття обернено пропорційна радіусу капіляра і для тонких капілярів “R” досягає досить великих значень.

Визначивши висоту підняття, можна розрахувати 

капілярна постійна і показує на яку висоту піднімається рідина при даному радіусі капіляра.

Капілярне підняття глибинних вод в грунтах забезпечує існування рослинного покрову землі (вода в деревах піднімається до самих високих місць).

Перевага: висока точність.

Недолік: рідина повинна змочувати капіляр.