Метод полягає в тому, що в досліджувану рідину через капіляр вдувається повітряна бульбашка. Тиск повітря (P), яке потрібно для відриву бульбашки від капіляра є шуканої величиною, яка використовується для подальшого розрахунку коефіцієнта поверхневого натягу.
Коефіцієнт (s) розраховується за наступною формулою:
P = (r - r віз) g H + 2s / R, де
r - питома вага досліджуваної рідини;
r віз - питома вага повітря;
g - прискорення вільного падіння;
R - радіус капіляра;
H - глибина занурення капіляра в рідину.
З формули видно, що перший доданок визначається тиском стовпа рідини від занурення капіляра, а друге - надлишковим тиском, який створює поверхневий натяг. Простота формули не гарантує задовільної точності визначення коефіцієнта поверхневого натягу. Це пов'язано з тим, що в основі формули лежить припущення, що бульбашка повітря в момент відриву суворо сферічен. Таке припущення справедливе лише в тому випадку, якщо радіус капіляра досить малий. Умови реального експерименту вимагають введення поправок. Найбільш поширені 2 способи коректування результатів: формула Шредінгера і таблиці Сагдієв. Відмінності між цими способами полягають у тому, що таблиця дозволяє робити поправки в більш широкому діапазоні відхилень форми бульбашки від сферичної форми.
Формула Шредінгера виглядає наступним чином:
a2 = RH (1 - 2R/3H - R2 / 6H2), де
a2 - капілярна постійна;
H - тиск відриву бульбашки, виражене в одиницях висоти стовпа досліджуваної рідини.
У свою чергу a2 = 2s / g (r - r віз). Таким чином, капілярна постійна прямопропорційна коефіцієнту поверхневого натягу.
Зайве говорити про те, що формула Шредінгера не враховує занурення капіляра в рідину.
Застосування формули Шредінгера обмежена радіусом капіляра в 0,4 мм, якщо вимірювати поверхневий натяг у розчинах з s = 20-70 дин / см. Похибка розрахунків при цьому становить 0,3%. Використання капілярів більшого розміру пов'язане з більшою помилкою розрахунків!
Більш точні результати для великих розмірів капіляра можна отримати за допомогою таблиці Сагдієв.
| R / a | X / R | |||||||||
| 0,00 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | |
| 0 | 1 | 0,9999 | 0,9997 | 0,9994 | 0,999 | 0,9984 | 0,9977 | 0,9968 | 0,9958 | 0,9946 |
| 0,1 | 0,9934 | 0,992 | 0,9905 | 0,9888 | 0,987 | 0,9851 | 0,9831 | 0,9809 | 0,9786 | 0,9762 |
| 0,2 | 0,9737 | 0,971 | 0,9682 | 0,9653 | 0,9623 | 0,9592 | 0,956 | 0,9527 | 0,9492 | 0,9456 |
| 0,3 | 0,9419 | 0,9382 | 0,9344 | 0,9305 | 0,9265 | 0,9224 | 0,9182 | 0,9138 | 0,9093 | 0,9047 |
| 0,4 | 0,9 | 0,8952 | 0,8903 | 0,8853 | 0,8802 | 0,875 | 0,8698 | 0,8645 | 0,8592 | 0,8538 |
| 0,5 | 0,8484 | 0,8429 | 0,8374 | 0,8319 | 0,8263 | 0,8207 | 0,8151 | 0,8094 | 0,8037 | 0,7979 |
| 0,6 | 0,792 | 0,786 | 0,78 | 0,7739 | 0,7678 | 0,7616 | 0,7554 | 0,7493 | 0,7432 | 0,7372 |
| 0,7 | 0,7312 | 0,7252 | 0,7192 | 0,7132 | 0,7072 | 0,7012 | 0,6953 | 0,6894 | 0,6835 | 0,6776 |
| 0,8 | 0,6718 | 0,666 | 0,6603 | 0,6547 | 0,6492 | 0,6438 | 0,6385 | 0,6333 | 0,6281 | 0,623 |
| 0,9 | 0,6179 | 0,6129 | 0,6079 | 0,603 | 0,5981 | 0,5933 | 0,5885 | 0,5838 | 0,5792 | 0,5747 |
| 1,0 | 0,5703 | 0,5659 | 0,5616 | 0,5573 | 0,5531 | 0,5489 | 0,5448 | 0,5408 | 0,5368 | 0,5329 |
| 1,1 | 0,529 | 0,5251 | 0,5213 | 0,5176 | 0,5139 | 0,5103 | 0,5067 | 0,5032 | 0,4997 | 0,4962 |
| 1,2 | 0,4928 | 0,4895 | 0,4862 | 0,4829 | 0,4797 | 0,4765 | 0,4733 | 0,4702 | 0,4671 | 0,4641 |
| 1,3 | 0,4611 | 0,4582 | 0,4553 | 0,4524 | 0,4496 | 0,4468 | 0,444 | 0,4413 | 0,4386 | 0,4359 |
| 1,4 | 0,4333 | 0,4307 | 0,4281 | 0,4256 | 0,4231 | 0,4206 | 0,4181 | 0,4157 | 0,4133 | 0,4109 |
| 1,5 | 0,4085 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Таблиця відображає вплив величини R / a на величину X / R. Слід пояснити, що X = a2 / H. При дуже малому радіусі капіляра X = R. Збільшення радіусу призводить до зменшення X. Уважний погляд виявляє в таблиці два шуканих параметра - a і X. У зв'язку з цим процес пошуку величини, а значить і коефіцієнта поверхневого натягу, не такий простий, оскільки доводиться робити обчислення методом послідовного наближення.
Вихідним наближенням відношення R / a є величина (R / H) 1 / 2. Для цього значення за таблицею знаходиться X / R. Користуючись знайденим X, обчислюється наступне наближення R / a, яка дорівнює R / (XH) 1 / 2. Для знову отриманого значення за таблицею знаходиться X, і процес знаходження R / a повторюється. Обчислення завершуються тоді, коли відмінність обчислених значень капілярної постійною стає задовільним, тобто відповідає необхідної точності вимірювань.
Описані вище розрахунки показують, що без комп'ютерної програми проводити розрахунки за таблицею Сагден дуже непросто.
Особистий досвід використання методу максимального тиску в повітряному бульбашці для мене був цікавий, перш за все, конструюванням апарату для проведення вимірювань (див. малюнок).
Як це не здасться дивним, надлишковий тиск в апараті для видавлювання бульбашки повітря створюється манометром. (Як називається манометр, я вже не пам'ятаю.) Справа в тому, що в цьому допомагає конструкція манометра, що складається з 2-х сполучених резервуарів, в які налита дистильована вода. У звичайному своєму застосуванні манометр працює наступним чином. Підняттям резервуара 1, що знаходиться в корпусі манометра за допомогою регулятора 3, створюється перепад рівня рідини, який компенсує зовнішнє вимірюється тиск. На досягнення рівності зовнішнього тиску і тиску, створюваного манометром, вказує оптичний датчик 2. Таким чином, висота підняття резервуара еквівалентна вимірюваному тиску. Манометр дозволяє вимірювати тиск з точністю 0,01 мм водяного стовпа.
У нашому випадку манометр використовується тільки для створення тиску, необхідного для відриву бульбашки повітря від капіляра. Однак процес видавлювання бульбашки повітря супроводжується деякою зміною рівня рідини в посудині-датчику 2, що безумовно спотворює результати вимірювання тиску. Для запобігання цього ефекту служить повітряний дзвін, за допомогою якого через затискач Мора можна коригувати негативна зміна рівня рідини в манометрі.
Процес вимірювання протікає в такий спосіб.
Встановлюється великий перепад рівня рідини в повітряному дзвоні, після чого з'єднувальний шланг пережимається затиском Мора.
Встановлюються показання манометра на нуль.
Капіляр опускається в досліджувану рідину. У момент зіткнення капіляра з рідиною, датчик манометра дає характерну реакцію. Це зручно, оскільки дозволяє проводити вимірювання в непрозорих судинах.
Обертанням регулятора манометра, підвищується тиск в апараті до моменту відриву бульбашки повітря. У процесі підвищення тиску необхідно регулярно компенсувати зміну рівня рідини в датчику манометра, відкриваючи затиск Мора. Знайдене значення висоти підняття резервуара в манометрі одно шуканого тиску в міліметрах водяного стовпа.