3. Описание установки

Основными элементами установки для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом академика П. А. Ребиндера являются: жидкостный манометр , аспиратор , две пробирки и, тонкая стеклянная трубка с концом, оттянутым в капилляр. Схема соединения перечисленных элементов показана на рис. 4.

Перед началом опыта аспиратор (при закрытом кране) наполняется водой, в пробирку наливается исследуемая жидкость (например, спирт), в пробирку — эталонная жидкость (например, дистиллированная вода). В одну из пробирок, например , через отверстие в пробке вставляется трубочка так, чтобы её оттянутый под капилляр кончик едва касался бы поверхности жидкости.

Если слегка приоткрыть кран аспиратора, то вода начнёт медленно вытекать из него, и в верхней части аспиратора, а следовательно и в верхней части пробирок и , а также в правом колене манометра образуется разряжение. Давление над уровнями жидкости в аспираторе и пробирках будет меньше атмосферного:

.

В процессе дальнейшего разряжения воздуха в пробирке поверхность жидкости на «кончике» капилляра начинает искривляться и становится частью некоторой сферы радиуса (рис. 5). Начинает образовываться воздушный пузырёк. На него со стороны жидкости будет действовать дополнительное давление, определяемое формулой (6). Атмосферное давление будет уравновешиваться давлением воздуха, находящимся в аспираторе и в пробиркеи добавочным (Лапласовым) давлением. Гидростатическим давлением можно пренебречь. С учётом (6) можно записать:

. (9)

По мере вытекания воды из аспиратора уменьшается давление . Следовательно, для выполнения условия (9), должно возрастать избыточное давление. А это может быть, если радиус пузырька будет уменьшаться. Уменьшение радиуса пузырька будет происходить до тех пор, пока этот радиус не будет равен радиусу капилляра(рис. 5), так как любое, даже небольшое увеличение радиуса пузырька приведёт к уменьшению дополнительного давления и равенство (9) нарушается. В момент, соответствующий равенству, величина избыточного давления, а также соответствующая ему разность , наблюдаемая по манометру, будет максималь­ной, и пузырек оторвётся. Далее начинается аналогичный процесс формирования нового пузырька.

Для момента отрыва пузырька от капилляра справедливо равенство:

.

Следовательно, измерив по манометруи определив радиус капилляра, можно вычислить . Однако с нужной точностью радиус капилляра определить трудно, поэтому обычно его из расчётной формулы исключают. Для этого вначале проводят опыт с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которой известен, а затем повторяют опыт с исследуемой жидкостью для определения.

Если через обозначить величину максимального давления (разность высот в манометре) для эталонной жидкости, а через - для исследуемой жидкости, то для них соответственно можно написать в момент отрыва пузырька следующие равенства:

, .

Разделив одно равенство на другое, получим

. (10)

Из равенства (10) видно, что коэффициент поверхностного натяжения любой жидкости можно определить, если известен коэффициент поверхностного натяжения другой жидкости .

В нашем опыте в качестве эталонной жидкости берётся дистиллированная вода при комнатной температуре ().