Торсионные весы и современные тензиометры

Поверхностное и межфазное натяжение измеряют различными методами как в равновесном состоянии, так и динамике. В данном случае рассмотрим метод отрыва кольца (метод дью Нуи, де Нуи) и его частный случай метод тонкой пленки.

Согласно методу дью Нуи кольцо погружалось в исследуемую жидкость, далее либо опускалась емкость с жидкостью, либо вытягивалось кольцо. В процессе измерения увеличивалось расстояния между кольцом и поверхностью жидкости, а на кольце формировалась lamella (тонкий слой жидкости). Этот тонкий слой - видимый эффект поверхностного натяжения. По мере увеличения силы, приложенной к кольцу, происходит увеличение объема жидкости в тонком слое. В какой-то момент сила, приложенная к кольцу, становится равной поверхностному натяжению жидкости, дальнейшее увеличение силы приведет к утоньшению ламеллы и обрыву.

Французский физик Пьер Лекомте де Нуи для измерения поверхностного натяжения использовал торсионные весы. В настоящее время этот принцип реализован в тензиометрах K6 (KRUSS). В современных тензиометрах K20, K11, K100 используются электронные весы и показания можно считывать с цифрового дисплея. Как же соотносятся показания торсионных весов и современных цифровых тензиометров? Чтобы разобраться в этом вопросе, помните, что поверхностное натяжение - это сила.

По мере вытягивания кольца из жидкости нить в торсионных весах растягивается наподобие пружины. Силы (растяжение нити), удерживающие кольцо в равновесном состоянии, и векторы всегда направлены в противоположное направление. После достижения максимальной силы, приложенной к кольцу, дальнейшее прикладывание силы приведет к снижению поверхностного натяжения (утоньшению ламеллы). Но растянутой нити торсионных весов достаточно трудно автоматически скомпенсировать понижение противосилы (снижения поверхностного натяжения). Векторы силы уже не имеют прежние значения, но финальная сила (Растяжение нити - Поверхностное натяжение) приводит к вытягиванию кольца. Из-за снижения противосилы нить (пружина) изгибается, и сила тяги становится больше. Таким образом, отрыв тонкого слоя происходит почти сразу же после достижения максимальной силы.

В современных цифровых тензиометрах, например тензиометр K20 (EasyDyne), принцип растяжения нити не используется, но имеется система компенсации. За счет этого тонкий слой не обрывается сразу после достижения максимума, при этом тензиометр с электронными весами способен зафиксировать снижение поверхностного натяжения по мере утоньшения слоя.

Отрыв кольца происходит только после значительного растяжения тонкого слоя. Цифровые тензиометры KRUSS (K20, K11, K100) позволяют также измерить силу в момент отрыва кольца, но полученное значение не будет соответствовать силе отрыва для торсионных весов.

Максимальная сила, полученная при измерении поверхностного натяжения с помощью современных цифровых тензиометров на базе электронных весов, очень близка к результатам, полученным в момент отрыва кольца на торсионных весах. Также не стоит забывать, что на цифровых тензиометрах можно получить значения с 1-3 знаками после запятой, в то время, как на торсионных весах шкала имеет довольно грубое деление и значение определяется на глаз.