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接觸角測(cè)量?jī)x的界面張力測(cè)量基礎(chǔ)—Laplace-Young 方程

更新日期:2020-08-13      瀏覽次數(shù):5349
   界面張力存在于液體-流體( 氣體或液體) 界面的事實(shí),意味著假若界面是曲面,液體靜力學(xué)壓力差別在界面上處處存在。法國(guó)數(shù)學(xué)家根據(jù)表面張力和曲率推導(dǎo)出曲線界面上壓力差的表達(dá)式,稱為L(zhǎng)aplace 方程。

  一個(gè)彎曲的表面稱為曲面,通常用相應(yīng)的兩個(gè)曲率半徑來(lái)描述曲面,即在曲面上某點(diǎn)作垂直于表面的直線,再通過(guò)此線作一平面,此平面與曲面的截線為曲線,在該點(diǎn)與曲線相切的圓半徑稱為該曲線的曲率半徑R1。通過(guò)表面垂線并垂直于di一個(gè)平面再作第二個(gè)平面并與曲面相交,可得到第二條截線和它的曲率半徑R2,用 R1與R2可表示出液體表面的彎曲情況。若液面是彎曲的,液體內(nèi)部的壓強(qiáng)p1與液體外的壓強(qiáng)p2就會(huì)不同,在液面兩邊就會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)差△P= P1- P2,稱附加壓強(qiáng),其數(shù)值與液面曲率大小有關(guān),
  懸滴法是接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量界面張力的重要方法,那么Laplace-Young方程對(duì)懸滴法在平衡態(tài)下的方程表達(dá)如下:

 

 上述方程中 b 是液滴底部(或頂部)drop apex 的曲率半徑,R 是液滴輪廓(界面)上任一點(diǎn)(參見(jiàn) 圖 6-1),p (x, z),在紙平面上的主曲率半徑(principle radius of curvature),f 是點(diǎn) p (x, z) 上的切線 與 x – 軸形成的夾角,b 是體系的 Bond number (ref. eq. 6-2 & 6-3)。b 也被常稱為液滴的形狀因子, 因?yàn)槠鋽?shù)值決定了一個(gè)液滴的形狀(但非其大?。?。Δρ 是液滴相與周圍環(huán)境相的密度差,g 是測(cè)量 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?,g 是體系的表面/界面張力值,a 則常被稱為體系的毛細(xì)管常數(shù)(capillary constant)。
  形成液滴的中心軸對(duì)稱是使用這一方法的理論基礎(chǔ)。因此,確保測(cè)量的液滴盡量接近軸對(duì)稱是表界面張力測(cè)量精度和可靠性的重要前提。
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