1.5.1 Метод кольца

Это классический метод для определения поверхностного/межфазного натяжения, который основан на измерении максимального усилия (F) для отрыва кольца с известной геометрией (длиной смачивания, L), сделанного из хорошо смачиваемого материала (угол смачивания ? = 0°). При подъёме кольца жидкость стремится стечь с него, что приводит к постепенному утончению плёнки жидкости и отрыву кольца.

Сила межфазного натяжения рассчитывается на основе разницы между максимальным усилием (F_max), приложенным для отрыва кольца, и силой гидростатического столба жидкости под кольцом (F_v). Данные для последней величины могут быть взяты из специальных таблиц (Харкинса-Джордана) или рассчитаны на основе разности плотностей фаз, геометрических данных кольца и высоты поднятия тонкого слоя жидкости. Краевой угол между жидкостью и стандартным кольцом равен нулю для большинства общеизвестных жидкостей (за исключением ртути).

Рис. 13. Метод кольца

Современные методы анализа показали, что максимальная нагрузка на весы (максимальное натяжение) фиксируется в момент, когда краевой угол смачивания равен 0°, при этом под кольцом образуется тонкая плёнка жидкости. В момент отрыва кольца плёнка жидкости истончается, и поверхностное / межфазное натяжение уже не максимально.

Современные тензиометры по методу кольца позволяют несколько раз растянуть/сжать тонкий слой плёнки без обрыва и, на основе нескольких измерений, рассчитать среднее значение (метод тонкой плёнки). В этом случае может быть зафиксировано изменение поверхностного натяжения во времени. Так как во время измерения происходят небольшие изменения площади поверхности, то метод также называют "псевдостатическим" (частично статическим).

В явном виде метод отрыва кольца можно наблюдать в аналоговом тензиометре K6. В современных цифровых тензиометрах (кроме тензиометра K20S) метод отрыва кольца оставлен больше для сравнения, чем для исследований. В основе современных тензиометров серии K (K20, K11, K100) лежат цифровые весы, которые позволяют чувствовать малейшее изменение веса.

Основной недостаток метода кольца дью Нуи - необходимость вводить поправки на прикладываемую силу из-за дополнительного веса жидкости под кольцом. Вес жидкости под кольцом необходимо вычесть из максимально измеренной силы, чтобы получить истинную силу, прикладываемую к кольцу для его отрыва от поверхности. Кроме веса жидкости под кольцом необходимо учитывать, разницу внешнего и внутреннего диаметра кольца. Максимальная нагрузка, при которой угол смачивания равен 0°, достигается по-разному для внутренней и внешней стороны кольца.