表面張力儀技術資料：白金板法以及白金環法

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表面張力儀測試原理
白金環法及白金板法

Ø 什么是表面張力？

*，我們可以根據分子間的互相吸引力來解釋液體的性質。這種分子間的吸引力就被稱之為分子內聚力或稱范德華力。而表面張力、界面張力以及相類似的現象就是用來解釋分子內聚力的基本物理現象。

具體來說，構成液體的分子在表面上所受的力與本體內的會不相同。在本體內的分子所受的力是對稱的、平衡的。而在表面上的分子，受本體內分子吸引而無反向的平衡力。這就是說，它受到的是拉入本體內的力。也就是說，力圖將表面積縮小，使這種不平衡的狀態趨向平衡狀態。熱力學的說法是：要將這體系的表面能降至小，這個力就稱為“表面張力”，也說是單位面積上的自由能（J/m²），也就是形成或擴張單位面積的界面所需的低能量。它的數值和表面張力（N/m）一致。由于習慣，常用表面張力表示表面自由能，它對液體表面的物理化學現象起著至關重要的作用。在日常生活中，早晨荷葉上的露珠、杯子中的弧形水面等均為表面張力現象。

參見下圖示意

Ø 白金板法

當感測白金板浸入到被測液體后，白金板周圍就會受到表面張力的作用，液體的表面張力會將白金板盡量地往下拉。當液體表面張力及其他相關的力與平衡力達到均衡時，感測白金板就會停止向液體內部浸入。這時候，儀器的平衡感應器就會測量浸入深度，并將它轉化為液體的表面張力值。

具體測試過程中，白金板法的測試步驟為：（1）將白金板浸入液體內；（2）在浸入狀態下，由感應器感測平衡值；（3）將感應到的平衡值轉化為表面張力值，并顯示出來。

參見下圖：

l硬件:

當白金板接觸到樣品液后，樣品液的表面張力會將白金板往下拉。傳感器通過平衡器感測到這個力，傳到CPU進行處理，.

l軟件:

傳感器感測到的力傳到電腦CPU后，CPU通過一系列的計算，將這個力轉化成表面張力值。.

l顯示和輸出裝置:

電腦顯示器實時輸出表面張力值，可以將數據保存在硬盤中，同時也可連接打印機，可立即列印出來。.

Ø 白金環法

由于被廣泛應用于du Nou表面張力儀，這種方法又稱為du Nouy法，并因

之操作簡便而被廣泛使用。白金環法這個稱法是因測試部分與液體樣品間會形成一個環形而得的。

白金環法的測量方法為：（1）將白金環輕輕地浸入液體內；（2）將白金環慢

慢地往上提升，即液面相對而言下降，使得白金環下面形成一個液柱，并終與白金環分離。白金環法就是去感測一個高值，而這個高值形成于白金環與液體樣品將離而未離時。這個高值轉化為表面張力值的精度取決于液體的粘度。

上面等式中的F是一個修正值，它的大小取決于環的直徑與液體的性質。這個修正值很重要，因為向下的力并不一直是垂直的，而且隨白金環拉起來的液體的狀況也很復雜。

一般而言，F值通過Zuidema & Waters等式計算得到：

a : 0.7250
b : 0.09075 m^-1s²
c : 0.04534 – 1.679 r／R
r   : 白金金屬絲的半徑
R : 白金環的內徑（兩個金屬絲中心間的距離）
r : 液體的密度

Ø        白金板與白金環法的比較

在相關測量設備研究并生產出來之前，用du Nouy白金環法測量表面張力已經有40年的歷史了。相比較而言，Wilhelmy白金板法只有20年的歷史。但是，現在越來越多的人使用白金板法來測量表面張力。這主要是由于白金環法存在如下各種不足：

l 不易測得高粘度樣品的表面張力值；

這主要是由于在白金環內側上方受到了樣品向下的阻力較大

l 不易測得隨時間變化的表面張力值；

這主要是因為白金環只能測得環離開液體時那個時間點的表面張力值。

l 較難保持儀器的精度；

白金環容易變形，它的不同大小會影響到表面張力的測量。

■參考數據:               （mN/m）

◆油漆

將粘性物質置于環的上方，

然后進行測量

◆含表面活性劑的溶液

表面活性劑濃度較低，表面活性劑不停的分散。

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