表面张力仪的工作原理

表面张力仪的测试原理是什么?如何精确地测定表面张力?

什么是表面张力?

众所周知，我们可以根据分子间的互相吸引力来解释液体的性质。这种分子间的吸引力就被称之为分子内聚力或称范德华力。而表面张力、界面张力以及相类似的现象就是用来解释分子内聚力的基本物理现象。

具体来说，构成液体的分子在表面上所受的力与本体内的会不相同。在本体内的分子所受的力是对称的、平衡的。而在表面上的分子，受本体内分子吸引而无反向的平衡力。这就是说，它受到的是拉入本体内的力。也就是说，力图将表面积缩小，使这种不平衡的状态趋向平衡状态。

热力学的说法是：要将这体系的表面能降至Z小，这个力就称为“表面张力”，也说是单位面积上的自由能(J/m2)，也就是形成或扩张单位面积的界面所需的Zdi能量。它的数值和表面张力(N/m)一致。由于习惯，常用表面张力表示表面自由能，它对液体表面的物理化学现象起着至关重要的作用。在日常生活中，早晨荷叶上的露珠、杯子中的弧形水面等均为表面张力现象。

表面张力仪的工作原理

表面张力仪根据所使用的技术不同，按测试原理可分为如下几类：

1.气泡压力法

这也是测定液体表面张力的一种Z常用的方法，测定时将一根毛细管插入待测液体内部，从管中缓慢地通入惰性气体对其内的液体施以压力，使它能在管端形成气泡逸出。当所用的毛细管管径较小时，可以假定所产生的气泡都是球面的一部分，但是气泡在生成及发展过程中，气泡的曲率半径将随惰性气体的压力变化而改变，当气泡的形状恰为半球形时，气泡的曲率半径为Z小，正好等于毛细管半径。

如果此时继续通入惰性气体，气泡便会猛然胀大，并且迅速地脱离管端逸出或突然破裂。如果在毛细管上连一个U型压力计，U型压力计所用的液体密度为P.两液柱的高度差为△l，那么气泡Zda压力△Pmax就能通过实验测定。

特点

此方法与接触角无关，装置简单，测定快速；经过适当的设计可以用于熔融金属和熔盐的表面张力测量。由于气泡法表面张力仪能够模拟表面活性剂的随时间的变化情况，并且可以绘制完整的表面张力变化曲线，在工业生产中应用十分广泛。

2.吊环法

吊环法是1863年由Wilhelmy首先提出的，后来，Dognon和Abribat将其改进，测定当打毛的铂片、玻片或滤纸片的底边平行界面并刚好接触(未脱离)界面时的拉力。要满足吊片恰好与液面接触，既可采用脱离法，测定吊板脱离液面所需与表面张力相抗衡的Zda拉力，也可将液面缓慢地上升至刚好与天平悬挂已知重量的吊板接触，然后测定其增量，再求得表面张力的值。

吊环法的基本原理是将浸在液面上的金属环(铂丝制成)脱离液面，其所需的Zda拉力，等于吊环自身重量加上表面张力与被脱离液面周长的乘积。Timberg和Sondhauss首先使用此法，但DuNouydiyi次应用扭力天平来测定此Zda拉力。Harkins和Jordan引进了校正因子，可以用来测定纯液体表面张力，测定时必须注意其表面张力有时间效应。此外，将吊环拉离液面时要特别小心，以免液面发生扰动。

特点

由于液膜有一定的厚度，同时由于上拉环也将带起由于液膜有一定的厚度，同时由于上拉环也将带起若干液体，并且环的半径和被拉起的液膜的半径稍有不同，所以吊环法的精度稍低。

3.白金板法

当感测白金板浸入到被测液体后，白金板周围就会受到表面张力的作用，液体的表面张力会将白金板尽量地往下拉。当液体表面张力及其他相关的力与平衡力达到均衡时，感测白金板就会停止向液体内部浸入。这时候，仪器的平衡感应器就会测量浸入深度，并将它转化为液体的表面张力值。

具体测试过程中，白金板法的测试步骤为：

(1)将白金板浸入液体内；

(2)在浸入状态下，由感应器感测平衡值；

(3)将感应到的平衡值转化为表面张力值，并显示出来。

4.悬滴法

悬滴法实质上是滴外形法的一种。滴外形法是根据液滴的外形来测定表面张力和接触角的方法，既有悬滴法又有躺滴法。

5.旋滴法

在样品管中装入高密度的液体，再加入少量低密度液体，密闭后，将其置于旋滴仪中使其以X角速度旋转。在离心力、重力及表面张力作用下，低密度液体在高密度液体中形成圆柱形液滴。

表面张力仪的应用

表面张力仪适用于油水的界面测试和油墨配方研制。广泛应用于油漆、涂料行业；农药，电镀行业；化妆品，食品行业；水处理，电力行业；生物工程，各大专院校等行业。