пластина Вильгельма

Пластина Вильгельми — это тонкая пластина, которая используется для измерения равновесного поверхностного или межфазного натяжения на границе раздела воздух–жидкость или жидкость–жидкость. В этом методе пластина ориентируется перпендикулярно границе раздела, и измеряется сила, действующая на нее. Основанный на работе Людвига Вильгельми, этот метод находит широкое применение при изготовлении и мониторинге пленок Ленгмюра.

Подробное описание

Пластина Вильгельми представляет собой тонкую пластинку, площадь которой обычно составляет несколько квадратных сантиметров. Пластина часто изготавливается из фильтровальной бумаги, стекла или платины, которой можно придать шероховатость, чтобы обеспечить полное смачивание. Фактически результаты эксперимента не зависят от используемого материала, главное, чтобы материал смачивался жидкостью. Пластина тщательно очищается и прикрепляется к весам тонкой металлической проволокой. Сила, действующая на пластину вследствие смачивания, измеряется с помощью тензиометра или микровесов и используется для расчета поверхностного натяжения (${\displaystyle \gamma }$) с использованием уравнения Вильгельми:

${\displaystyle \gamma ={\frac {F}{l\cos(\theta )}}}$

где ${\displaystyle l}$ — смоченный периметр (${\displaystyle 2w+2d}$), ${\displaystyle w}$ — ширина пластины, ${\displaystyle d}$ — толщина пластины, а ${\displaystyle \theta }$ — это угол контакта между жидкой фазой и пластиной. На практике угол контакта измеряется редко; вместо этого используются либо литературные значения, либо полное смачивание (${\displaystyle \theta =0}$) предполагается.

В общем, поверхностное натяжение можно измерить с высокой чувствительностью, используя очень тонкие пластины толщиной от 0,1 до 0,002 мм. Устройство калибруется с помощью чистых жидкостей, таких как вода и этанол. Регулировка плавучести сводится к минимуму, если использовать тонкую пластину и окунуть ее как можно меньше. Смачивание платиновой пластины водой осуществляется с помощью имеющихся в продаже платиновых пластин, которым придали шероховатость для улучшения смачиваемости.

Преимущества и краткое описание

Если предполагается полное смачивание (угол контакта = 0), то для расчета поверхностного натяжения при использовании пластины Вильгельми не требуются поправочные коэффициенты, в отличие от кольца дю Нуи. Кроме того, поскольку пластина не перемещается во время измерений, пластина Вильгельми позволяет точно определять кинетику поверхности в широком диапазоне временных масштабов и демонстрирует низкую дисперсию оператора. В типичном эксперименте с пластиной пластина опускается к анализируемой поверхности до тех пор, пока не образуется мениск, а затем поднимается так, чтобы нижний край пластины лежал на плоскости невозмущенной поверхности. При измерении скрытого интерфейса вторая (менее плотная) фаза затем добавляется поверх невозмущенной первичной (более плотной) фазы таким образом, чтобы не нарушить мениск. Затем сила в состоянии равновесия может быть использована для определения абсолютного поверхностного или межфазного натяжения. Благодаря большой смоченной площади пластины измерение менее подвержено ошибкам измерения, чем при использовании меньшего зонда. Кроме того, метод был описан в нескольких международных стандартах измерений.