相關原理

表面張力的量測

 

表面張力的量測方式很多,現以最主要的三種方式做介紹:

       
1、白金環法(圖1-1),du Nouy Ring method:其方法為利用白金環為感測界面,將白金環浸   入液體內慢慢地往上拉,而使得白金環與液體形成一個液柱,最後液面與白金環分離。白金環法即是感測白金環與液體樣品最後分離前的最大值(圖1-2, F max),並將它換算為液體的表面張力值。

         
其方程式為: Surface tension = Force (gram) x g  / Perimeter x cos θ

 
Force:白金環與液體樣品最後分離前的最大值
P:白金環的周長 (cm)
cos θ:接觸角θ的cos值
g:重力

 
白金環法是早期最普遍的表面張力量測法,然而白金環法所測得的值易因液體的黏度而影響, 另外白金環的變形及不易保養等問題,也使得目前表面張力的量測法已經以白金板法為主流。


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                              圖1-1:白金環法                                                                                                1-2:白金環法之拉力值曲線  

                                                                                                                                                                             

2.
白金板法(圖2),Wilhelmy Plate method:此法與白金環法類似,主要差別在於使用白金板做為感測的界面,當白金板浸入液體內部後,白金板的周圍會受到表面張力的作用,將白金板往液體內下拉,白金板法即是感測此液體對白金板的拉力,並將它換算為液體的表面張力值。白金板法由於簡單而準確且白金板易清洗好保養,因此是目前所用來測量表面張力值最普遍的方式。
             

其方程式為:F  =   mg   +    Lγ・cosθ   –   shρg


m:白金板重量                                            
g:重力常數
L:白金板周長
γ:表面張力
θ:液面與白金板間的接觸角
s :白金板截面
h :白金板浸入液體深度
ρ:液體密度 

                                                                                                                       

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圖2:白金板法

                      

 
3、懸滴法(圖3),Pendant Drop method:其量測方式為利用液體懸掛於一管口時,在表面張力、液體密度與液滴的重力等達到平衡時,可由滴管口半徑及液滴的形狀計算出表面張力。此方法通常是搭配於接觸角儀的量測功能,適合用於較特別的液體樣品量測,如僅有樣品量極少、快乾的液體..等;然而此方法是屬於間接計算的方式,且相對的誤差因子較多,例如:懸掛液滴的量(理論上是要接近液滴自由滴落時的量)及量測時的震動,因此較難以得到正確且再現性高的量測結果。


其方程式為:γ= g xρx (se)2/H


γ: 表面張力
g:重力常數
ρ:液體密度
1/H:修正係數

                                                                                                         

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                  圖3:懸滴法

                                                                         



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