Метод счета капель является самым простым способом измерения поверхностного натяжения с технической точки зрения. Метод основан на предположении, что масса капли, отрывающейся под действием силы тяжести от конца пипетки капилляра, пропорциональна поверхностному натяжению на границе «капилляр - окружающая среда».
(20)
где а – постоянная прибора, пропорциональная радиусу капилляра;
для радиуса капилляра 1,41 мм а=1320 Н/кг;
r - радиус капилляра, м.
rн – плотность исследуемой жидкости (справочные данные);
(21)
где Nн – число капель жидкости;
Vн – объем вытекаемой жидкости.
В международной системе единиц поверхностное натяжение измеряется в Дж/м2 или мН/м.
Расчеты по формуле (20) предполагают два этапа исследований. На первом этапе определяется радиус пипетки R по стандартному раствору. На втором этапе производится измерение поверхностного натяжения исследуемой пробы с помощью пипетки, называемой сталагмометром.
Прибор состоит из стеклянной градуированной трубки (бюретки) и медицинской груши, соединенных между собой резиновой трубкой. Груша помещена в металлический стакан, который снабжен винтом в боковой стенке. Поступательное движение винта вызывает деформацию груши, а значит, вызывает изменение давления во всей пневматической системе. К концу трубки прикреплен специальный стеклянный наконечник, который формирует каплю. Наконечник должен обязательно иметь острые края и быть тщательно отшлифованным. Важным в данном методе является процесс формирования отдельной капли. Формировать каплю быстро недопустимо, так как результат последующего измерения будет недостоверен из-за того, что сила инерции поступающей жидкости оторвет каплю раньше времени. Медленно же формировать каплю не рационально. Обычно поступают следующим образом: каплю формируют быстро, но на последней стадии формирования, (до отрыва от пипетки) замедляют процесс. Капля должна оторваться при очень медленном поступлении жидкости.
|
|
Выпущенный из бюретки объем жидкости определяется по делениям, нанесенным на бюретке, а плотность – нефтеденсиметром (ареометром).
Константы пипеток наклеены на стаканчиках приборов и определяются при помощи жидкостей с уже известными значениями поверхностного натяжением и плотности.
Прибор работает следующим образом:
- винт металлического стакана закручивается на определенную глубину;
- конец трубки опускается в стакан с исследуемой жидкостью;
- откручивается винт, что вызывает заполнение трубки жидкостью;
- стакан с жидкостью убирается и, закручиванием винта, формируются капли.
Рисунок 15 – Прибор для определения поверхностного натяжения
|
|
методом счета капель
Таблица 15 – Результаты исследований
№ п/п | Число капель, N | Объем вытекаемой жидкости, Vк.н ., м3 | Поверхностное натяжение σ, Н/м |
Нефть | |||
Дизельное топливо | |||
Вопросы для самопроверки
1 Что такое поверхностное натяжение жидкости? Формула его определения, размерность.
2 Сущность метода счета капель.
3 Методика определения поверхностного натяжения на приборе сталагмометре.