Метод максимального давления в пузырьке основан на измерении дав­ления, при котором происходит отрыв пузырька газа (воздуха), выдуваемого в жидкость через капилляр.

При медленном продавливании пузырька из капилляра в жидкость в нем возникает избыточное внутреннее давление Dp, которое согласно закону Лапласа определяется поверхностным натяжением и кривизной поверхности пузырька:

Dp=2s/r_м

Dp=Drgh

r_м – радиус кривизны мениска жидкости в капилляре; Dp – разность плотностей жидкости и газовой фазы; g – ускорение свободного падения.

Радиус кривизны r_м изменяется по мере продавливания пузырька в жидкость из рисунка 3 видно, что в начальный момент пузырек имеет большой радиус кривизны и по­верхность его почти плоская. Со временем радиус кривизны уменьшается, пузырек становится все более выпуклым и при r_м=r избыточное давление внутри пузырька достигает максимального значения Dp_max. Это давление соответствует внешнему давлению в капилляре.

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая формирование пузырька воздуха на выходе из капилляра.

Для дальнейшего увеличения размера пузырька не требуется повышение внешнего давления, поскольку с ростом пузырька внутреннее давление в нем в соответствии с уравнением Лапласа уменьшается. В результате воздух, находящийся в трубке, устремляется к сформировавшемуся пузырьку и приводит к его отрыву от капилляра. Таким образом, определение поверхностного натяжение рассматриваемым методом сводится к измерению внешнего давления, равного Dp_max. При определении поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке следует также учитывать гидростатическое давление слоя жидкости, находящейся над ним. Однако, если глубина погружения капилляра в жидкость незначительна и радиус r мал, поправкой на это давление можно пренебречь. Максимальное давление в пузырьке в простейшем варианте можно измерить с помощью прибора Ребиндера. Прибор состоит из стеклянного сосуда 1 с боковой трубкой 4, к которой припаян манометр 5. Верхнее отверстие сосуда 1 плотно закрывают пробкой 3, через которую проходит стеклянная трубка 2 с оттянутым капиллярным концом. Изогнутый конец трубки 4 пропускают через пробку, плотно закрывающую верхнее отверстие аспиратора 6.

Рис. 4. Прибор для измерения поверхностного натяжения по методу Ребиндера.

Исследуемую жидкость наливают в стеклянный сосуд 1 до уровня, при котором кончик капилляра 2 погружается в нее не более чем на 1 мм (избыток жидкости отбирают с помощью капилляра). Стеклянный сосуд соединяют с аспиратором и манометром. Все соединения должны быть герметичными. Аспиратор наполняют водой и плотно закрывают пробкой. Открывают кран аспиратора. В установке создается разряжение, в результате чего манометрическая жидкость поднимается в трубке.

Сформировавшийся на конце капилляра пузырек воздуха при достижении Dp_max, пробивая поверхностный слой, лопается. В этот момент давление в системе снижается и манометрическая жидкость начинает опускаться, но затем в результате образования нового пузырька она снова поднимается. Таким образом, уровень манометрической жидкости все время колеблется. Чтобы уменьшить пульсацию жидкости в измерительной трубке, добиваются равномерного проскока пузырьков, с интервалом 20-30 сек. Время образования и отрыва пузырьков воздуха регулируют путем изменения скорости вытекания воды из аспиратора. Если показание манометра Dp_max в течение 2-3 мин. не изменяется, то его считают установившимся и записывают. Чтобы исключить трудоемкую операцию по измерению радиуса капилляра, для определения поверхностного натяжения используют относи­тельный метод. Для этого находят константу ячейки R, которую рассчитывают по значениям максимального давления Dp_ст. и поверхностного натяжения s_ст. для стандартных жидкостей при данной температуре. Будем использовать в качестве стандартного раствора дистиллированную воду.

                (7)

Определив коэффициент R и измерив давление Dp_max. для исследуемой жидкости X, рассчитывают значения

               (8)

Обобщенная формула выглядит так:

(9)

, – поверхностное натяжение исследуемого раствора и чистой воды, при данной температуре; , – показание манометра p_max для исследуемого раствора и воды.

Метод отрыва кольца

В методе отрыва кольца измеряют силу F, которой противодействует поверхностное натяжение жидкости, смачивающей периметр поверхности кольца: F=4pr_кs/k; s=(F/4pr_к)k.

Коэффициент k является поправочным, он учитывает, что поднимающийся при отрыве кольца столб жидкости не имеет формы правильного полого цилиндра.