熔體的表面張力

熔體的外表張力外表張力的概念外表張力的影響因素外表張力的計(jì)算及測(cè)量方法精選課件外表張力的概念及定義概念：促使金屬熔體外表收縮的力叫熔體外表張力。產(chǎn)生原因：①與氣相接觸的液體外表質(zhì)點(diǎn)、因其配位數(shù)未得到滿足，處在不對(duì)稱的力場(chǎng)內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)間作用力不平衡，比液體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)具有較高的能量。②由于外表質(zhì)點(diǎn)能量過剩，液體外表將自動(dòng)收縮以降低過剩之能量。③液體外表的這種自動(dòng)收縮的趨勢(shì)，相當(dāng)于在液體外表水平方向上存在著使液體外表收縮的力。定義：①產(chǎn)生新1m2外表積所做的功：精選課件外表張力的概念及定義②在液體外表的切平面方向、作用于單位長(zhǎng)度l液體外表上的力F：

σ—外表張力單位:N∕m精選課件外表張力的影響因素影響熔體外表張力的主要因素是溫度和組份。一溫度的影響在一定溫度下，純液體的外表張力是一定的。隨著溫度升高，外表張力減小。這是由于原子的熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，位于液體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)與液體外表上的質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力減弱。在臨界溫度時(shí)，汽-液相界面消失，液體的外表張力為零。對(duì)大多數(shù)液體而言，外表張力與溫度成線性關(guān)系。以下圖為某些熔鹽外表張力與溫度的關(guān)系：精選課件影響因素精選課件外表張力的影響因素精選課件影響因素精選課件外表張力的影響因素二、組分的影響外表活性物質(zhì)降低溶劑外表張力。外表活性物質(zhì)能自發(fā)地移到溶液外表使外表濃度大于內(nèi)部濃度。熔體內(nèi)的某些元素使其外表張力發(fā)生變化。微量溶質(zhì)〔氧和硫〕的存在對(duì)銅熔體的外表性質(zhì)影響很大；O、S、N使鐵液的外表張力顯著降低，Mn對(duì)鐵液外表張力的影響也很大；Si、Cr、C及P(V)的影響比較小；Ti、Mo等對(duì)鐵液的外表張力沒有影響，稱其為外表非活性元素。堿金屬氯化物熔鹽的外表張力Licl至Cscl依次降低，與陽離子半徑依次增大的次序相一致。熔渣的外表張力與其組成的氧化物有關(guān)。精選課件外表張力的影響因素一些合陰離子的氧化物如SiO2、P2O5、TiO2、CaF2使熔渣的外表張力顯著降低；MnO、MgO、CaO、FeO、Al2O3等氧化物相互取代，熔渣的外表張力變化不大。某些元素與熔體外表張力的關(guān)系：

精選課件外表張力的影響因素精選課件外表張力的計(jì)算方法對(duì)大多數(shù)熔體體而言，可用約特沃斯方程求便面張力：

M―原子量

ρ——熔體密度

M/ρ—摩爾體積Tc—臨界溫度K—常數(shù)精選課件熔體外表張力計(jì)算方法當(dāng)由多種氧化物構(gòu)成熔渣時(shí)，熔渣的外表張力可利用加和性規(guī)那么進(jìn)行估算：

σ=∑Xiσi(N∕m)σ——熔渣的外表張力xi——第i種氧化物的摩爾分?jǐn)?shù)σi——第i物質(zhì)的外表張力因子。精選課件測(cè)量法外表張力的測(cè)定方法一般可分為動(dòng)力學(xué)法和靜力學(xué)法〔如下表〕與靜力學(xué)相比動(dòng)力學(xué)方法誤差較大，因此通常采用靜力學(xué)方法測(cè)定，對(duì)于液態(tài)金屬、熔鹽和爐渣，通常是使用氣泡最大壓力法和靜滴法。動(dòng)力學(xué)法毛細(xì)管波法振動(dòng)滴法靜力學(xué)法氣泡最大壓力法靜滴法拉筒法懸滴法精選課件測(cè)量法一、氣泡最大壓力法概述：將一根毛細(xì)管垂直插入液體，向毛細(xì)管內(nèi)緩慢吹入氣體，毛細(xì)管端面形成一個(gè)氣泡。當(dāng)氣泡是半球狀時(shí)，氣泡內(nèi)的壓力到達(dá)最大值。通過測(cè)量氣泡形成過程中的最大壓力，就可以計(jì)算液體的外表張力。原理：將毛細(xì)管插入液體，液體外表張力對(duì)毛細(xì)管有附加力，可用拉普拉斯方程計(jì)算p=(1/R1+1/R2)R1、R2分別為毛細(xì)管內(nèi)彎曲液面的兩個(gè)主曲率半徑。如果彎曲面為球形時(shí)R1=R2=R，所以p=2γ/R它建立了毛細(xì)附加力、曲面形狀和外表張力的的關(guān)系，是測(cè)量外表張力諸方法的根底。精選課件測(cè)量法設(shè)在密度為ρ1的液體中，插入半徑為r的毛細(xì)管，插入深度為h1。通過毛細(xì)管向液體中吹入氣體，在端部將出現(xiàn)一個(gè)逐漸長(zhǎng)大的氣泡。當(dāng)氣泡半徑和毛細(xì)管半徑相等時(shí)，氣泡呈半球形，有最小的曲率半徑和最大的毛細(xì)附加力。所以，此時(shí)將有最大的氣體壓力。用開口液體壓力計(jì)測(cè)定氣壓壓力，p=h2gρ2,，式中h2為壓力計(jì)液柱的高度，ρ2為工作液體密度。氣泡內(nèi)最大壓力將是h2gρ2=2γ+h11ρ1g所以γ=r/2(h2ρ2-h1ρ1)g〔1〕測(cè)定液因?yàn)橐后w中個(gè)點(diǎn)的靜壓力與該點(diǎn)的深度成正比，這樣兩個(gè)不同毛細(xì)插入深度h1和h1ˊ時(shí)分別測(cè)得氣泡最大壓力h2gρ2和h2ˊgρ2其差值由靜壓力不同引起，此時(shí)有，ρ1=ρ2〔h2-h1〕/(h1-h2)帶〔1〕可計(jì)算出外表張力。精選課件測(cè)量法實(shí)驗(yàn)原理及裝置圖

精選課件測(cè)量法二、靜滴法原理：液滴在不濕潤(rùn)的水平墊片上的形狀如下圖它受到靜壓力和毛細(xì)附加力的作理論上根據(jù)液滴的質(zhì)量和幾何形ρB狀可計(jì)算出外表張力。zp對(duì)于任意一點(diǎn)p(x,y)該點(diǎn)的靜壓力為z′ρAxP0+(ρA-ρB)gzP點(diǎn)所受到的毛細(xì)附加力為ψγ(1/R1+1/R2)2x′o′精選課件測(cè)量法當(dāng)液滴穩(wěn)定時(shí)兩力處于平衡P0+(ρA-ρB)gz=γ(1/R1+1/R2)在頂點(diǎn)處，z=0,R1=R2=b,那么p0=2γ/b可得γ(1/R1+sinψ/x)=2b/γ+(ρA-ρB)gz定義形狀因子β=(ρA-ρB)gz/γ得(1/(R1/b)+sinψ/(x/b))=2+βz/b假設(shè)能測(cè)出R1、b、x、z、ψ可以計(jì)算出β；假設(shè)ρAρB就可以計(jì)算出外表張力；上述幾何尺寸多為液體內(nèi)部尺寸，它們是無法直接測(cè)定的，為此，Bashforth和Adams做了大量的精選課件測(cè)量法大量的工作，將液滴的投影尺寸和內(nèi)部尺寸聯(lián)系起來，并編制了投影尺寸和液滴體積、形狀因子相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)表格包括：表1.ψ=90°時(shí)，β-x′/z′對(duì)z照表；表2.ψ=0°~180°,β=0.1~100時(shí)，β-x/b、z/b對(duì)照表；表3.x′z″z′Ψ-V/b3對(duì)照表；根據(jù)這三個(gè)表格，預(yù)先對(duì)試樣稱x″θ重，并測(cè)定x′z′x″就可由表格計(jì)算出外表張力，步驟為：

精選課件測(cè)量法1、根據(jù)表1，由x′/z′找出β2、根據(jù)表2，在ψ=90°那一行由β找出x′/b,確定b值3、根據(jù)表2，由x″/b找出ψ″，其與濕潤(rùn)角θ互補(bǔ)，可以確定θ值4、根據(jù)表3，由ψ″找出V/b3于是得到體積V由稱重得密度Ρa5、根據(jù)求出的β、b、ρA即可計(jì)算出外表張力γ，氣體密度很小ρB在計(jì)算γ時(shí)可忽略。精選課件測(cè)量法三、毛細(xì)管上升法如圖，平衡狀態(tài)時(shí)，彎月形液面對(duì)液體所施的向上拉力為F=2πrcosθ對(duì)許多液體θ=0，F(xiàn)=2πrγ高度為h的液體重為：W=πr2hgρ液面的向上拉力與液體向下的力相等：2πrγ=πr2hgρ+W′〔彎月形液體質(zhì)量，可忽略〕那么，γ=rhρg/2

精選課件測(cè)量法如果液體蒸氣密度不可以忽略時(shí)，公式要加以修正

γ=rh′g(ρ-ρ0)

從上述討論可知只有當(dāng)θ=0，此法才是嚴(yán)密的。校正高度：h′=h+r/3精選課件測(cè)量法四、滴重法當(dāng)一液滴懸浮在垂直的毛細(xì)管端時(shí)，此液滴的重量與沿毛細(xì)管管壁作用的外表張力的平衡關(guān)系為：W=2πγr其中，W為液體重量精選課件測(cè)量法考慮到實(shí)際情況：W=2πrγf(r/a)f(r/a)是r/V1′3的函數(shù)，V是液滴的體積，關(guān)系式可寫成：W=2πrγψ〔r/V1′3〕那么：γ=(W/r)*F=(mg/r)*FF代表新函數(shù)：F=1/[2πψ(r/V1′3)]精選課件界面張力測(cè)定測(cè)量界面張力的方法有靜滴法、滴重法等與外表張力測(cè)定方法相同，除此之外，還廣泛采用測(cè)量鐵液外表上“漂浮〞的渣滴形狀來計(jì)算界面張力。精心將一熔渣滴放在鐵液外表上，使之保雙