理论教育 测定接触角的方法-界面现象

测定接触角的方法-界面现象

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:接触角的测定方法有多种,根据测定的物理参数可分为四种:①角度测量法;②长度测量法;③力测量法;④透过测量法。其原理是测量固体与液体之间所形成曲面的宽度和高度,再根据接触角的三角函数与所测量的参数之间的函数关系,获得接触角的值。应用适当的测力装置测出吊片所受的力f,即可算出接触角。具体的测定方法简介如下。上升高度h与接触角的关系为图5-5 透过测量法示意图式中,r为粉末柱的等效毛细管半径。

测定接触角的方法-界面现象

接触角的测定方法有多种,根据测定的物理参数可分为四种:①角度测量法;②长度测量法;③力测量法;④透过测量法。前三种方法可用于平面固体,最后一种方法可用于粉末固体的接触角测定。

图5-4 长度测量法示意图

(1)角度测量法。这是应用得最广的一种方法。其原理是观测与固体平面相接触的液滴、液面或液体中的气泡的外形,直接量出三相交界处流动界面与固体界面的夹角。具体的做法是用低倍显微镜观察液面,借助安装在显微镜镜筒内的叉丝和角器直接测接触角。

(2)长度测量法。其原理是测量固体与液体之间所形成曲面的宽度和高度,再根据接触角的三角函数与所测量的参数之间的函数关系,获得接触角的值。具体方法有三种,所对应的液面形状、所测参数如图5-4所示,接触角与长度参数之间的函数关系如下。

①小滴法。如图5-4(a)所示,测量在固体平面上小液滴的高度(h)和宽度(2r),且有:

此法适用于液滴很小、重力影响可以忽略不计的情况。

②液饼法。将液体滴加于平固体表面上,不断增加液体,液滴面积与高度皆随之增加。至一定程度,滴高达到最大值时,再加入液体则只增加液滴直径而不再增加高度。如图5-4(b)所示,测量液饼最大高度hm,且有:

③垂片法。如图5-4(c)所示,将一固体片垂直插入液体中,测量液体沿片上升高度h,且有:

(3)力测量法。利用吊片法测定液体表面张力时,液体必须能很好地润湿吊片,但是若接触角不为0,则在吊片正好接触液面时,液体作用于吊片的力f与接触角的关系为(www.daowen.com)

f=LΓ1cosθ  (5-9)

式中,L为吊片的周长。应用适当的测力装置测出吊片所受的力f,即可算出接触角。

(4)透过测量法。此法适用于粉末固体,其原理是:固体粒子间的空隙相当于一束毛细管,毛细作用便可使得润湿固体粉末表面的液体透入粉末柱中。具体的测定方法简介如下。

将固体粉末填装在玻管中,此管的底部可防止粉末漏失,但容许液体自由通过。让管底接触液面,液面在毛细力的作用下在管中上升,如图5-5所示。上升高度h与接触角的关系为

图5-5 透过测量法示意图

式中,r为粉末柱的等效毛细管半径。因r值无法直接测定,通常采用接触角为0的参比液体和待测液体先后进行此项实验,再利用式(5-10)可得

式中,ρ,h和Γ1分别为待测液体的密度、上升高度和表面张力;ρ′,h′和Г′1则为参比液体的对应参数。

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