Описание установки и метода Ребиндера

Установка для определения поверхностного натяжения жидкости по методу Ребиндера изображена на рис.4.

Капиллярная трубка (1)опущена в стаканчик (2) с исследуемой жидкостью так, что конец капилляра только касается поверхности жидкости (при более глубоком погружении конца капилляра в жидкость придется учитывать давление столба жидкости от ее уровня в стаканчике до уровня отверстия капилляра). Капилляр соединен резиновыми трубками с жидкостным манометром 3 и большой колбой 4, в которой можно создавать повышенное давление (в сравнении с внешним атмосферным давлением). Повышение давления в колбе 4 создается путем переливания в нее воды по каплям из расположенного выше нее сосуда 5 с краном 6. Скорость вытекания воды из сосуда 5 в колбу 4 можно регулировать с помощью крана 6 и винтового зажима (не показан на рисунке).

Капли, падающие из сосуда 5 в колбу 4, уменьшают объем воздуха в колбе и тем самым незначительно повышают давление в ней и в соединенных с нею капилляре 1 и манометре 3. По мере вытекания воды капля за каплей из сосуда 5 в колбу 4 давление в последней повышается и разность уровней жидкости в манометре 3 постепенно увеличивается. Когда это увеличение давления будет уравновешивать добавочное давление р под искривленной поверхностью жидкости в капилляре, из конца капилляра выскочит пузырек воздуха. В этот момент максимального давления в пузырьке нужно сделать отсчет максимальной разности уровней в коленах манометра 3, так как после отрыва пузырька от конца капилляра давление в колбе 4, капилляре 1 и манометре 3 упадет.

В методе Ребиндера определение поверхностного натяжения основывается на следующем. Известно, что капля жидкости, находясь во взвешенном состоянии в воздухе, стремится иметь поверхность с наименьшей поверхностной энергией в виде шара с радиусом R. Это дает право считать, что в результате искривления поверхности в жидкости капли создается добавочное давление Р, зависящее от сил поверхностного натяжения и направленное к центру кривизны поверхности жидкости:

Это добавочное давление является причиной поднятия жидкости в капиллярной трубке на некоторую высоту с образованием вогнутого мениска радиуса при условии смачивания жидкостью стенок капилляра. В этом случае, давление жидкости в капилляре уравновешивает добавочное давление . Величину добавочного давления можно измерить, заставляя уровень жидкости в капилляре опуститься до уровня жидкости в сосуде, в который опущен капилляр. Для этого нужно либо создать над мениском жидкости избыток внешнего давления воздуха в капилляре относительно давления воздуха во внешнем сосуде, либо, изолировав свободное пространство над жидкостью в сосуде от внешней атмосферы (кроме капилляра), создать разрежение.

В нашей экспериментальной установке используются измерение избыточного давления, воздуха, которое определяется по разности уровней жидкостного манометра:

(5)

где - плотность жидкости в манометре (спирт), - ускорение свободного падения

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости из формул (4) и (5) равен:

(6)

R - принимается равным радиусу капилляра, погруженного в исследуемую жидкость.

здесь - постоянная прибора, зависящая от радиуса капилляра R и плотности жидкости манометра ρ.