Stalagmometr

Z Wikipedii

Stalagmometr, fizyczny przyrząd doświadczalny służący do pomiaru (wyznaczanie) napięcia powierzchniowego na granicy dwóch nierozpuszczalnych w sobie cieczy lub granicy fazowej cieczy i pary (gazu). Zbudowany jest w różny sposób, ale zawsze posiada w górnej części pojemnik na ciecz podlegającą badaniu, natomiast dolną część stanowi kapilara z odpowiednio ukształtowanym (płasko oszlifowanym) zakończeniem zwanym stopką. Taka konstrukcja pozwala na powolny, swobodny wypływ zgromadzonej cieczy dyskretnymi porcjami – kroplami, tworzącymi się pod stopką kapilary i regularnie odrywającymi się od niej.

Schemat stalagmometru

Pomiar jest wykonywany poprzez oznaczenie masy kropli badanej cieczy odrywających się od stopki. Związane jest to z przyczyną utrzymywania się (zawisania) do pewnego momentu powstającej kropli na stopce – czyli większą wartością siły napięcia powierzchniowego danej cieczy od ciężaru powiększającej się kropli. W momencie oderwania się siły są praktycznie równe skalarnie. W związku z tym masa kropli jest wprost proporcjonalna do siły napięcia powierzchniowego danej cieczy.

Rozważając proces tworzenia się, powiększania i odrywania kropli stwierdzamy, że każda kolejna tworzy się z cieczy zwilżającej stopkę z promieniem (zewnętrznym) R i dobrze do niej przylegającą. Stopniowo ciecz tworzy wybrzuszenie, a potem w zasadzie kroplę, która powiększając się zaczyna mieć przewężenie z coraz mniejszym promieniem r, po czym odrywa się. Na cały obwód przewężenia w momencie oderwania działa ciężar kropli, równoważąc siłę napięcia powierzchniowego. Zgodnie z prawem Tate’a waga kropli w jest wprost proporcjonalna do siły napięcia powierzchniowego γ oraz obwodu przewężenia, natomiast w praktyce należy jeszcze uwzględnić empiryczny współczynnik k, zwany stałą stalagmometryczną danego przyrządu, i zależnym od promienia kapilary, objętości kropli i konstrukcji przyrządu. Ostatecznie wzór ma poniższą postać:

Pomiar masy wykonywany jest przez ważenie, natomiast promienia r w sposób bezpośredni (mikroskopem) lub pośredni z tablic kalibracyjnych danego stalagmometru lub wzoru wiążącego promień r z promieniem R, masą kropli oraz gęstością cieczy w momencie pomiaru.

Pomiar taki jest obarczony dużym błędem, dlatego częściej stosuje się metody porównawcze z wykorzystaniem cieczy odniesienia (wzorcowej) – ze znanym, wcześniej wyznaczonym napięciem powierzchniowym – dla wyliczenia według zależności:

gdzie γ i γ_o to napięcia powierzchniowe cieczy badanej i cieczy odniesienia, n_o i n – ilości kropli otrzymane z tej samej objętości obu cieczy, a ρ i ρ_o – gęstości cieczy odniesienia i badanej.