अधिकतम बुलबुला दबाव विधि

भौतिकी में, अधिकतम बुलबुला दबाव विधि, या लघु बुलबुला दबाव विधि, एक तरल के सतही तनाव को मापने के लिए एक तकनीक है, जिसमें पृष्ठसक्रियकारक होते हैं।

पृष्ठभूमि

जब तरल गैस चरण के साथ एक इंटरफ़ेस बनाता है, तो पड़ोसी अणुओं द्वारा बलों को आकर्षित करने के असंतुलित होने के कारण सीमा पर एक अणु में काफी भिन्न भौतिक संपत्ति होती है। तरल के थर्मोडायनामिक संतुलन में, आंतरिक अणु समान रूप से वितरित आसन्न अणुओं के साथ संतुलित बलों के अधीन होते हैं।

हालांकि, संघनन तरल चरण की तुलना में इंटरफ़ेस के ऊपर गैस चरण में अणुओं की अपेक्षाकृत कम संख्या तरल के अंदर सीधे सतह अणु पर लागू होने वाली शक्तियों का समग्र योग बनाती है और इस प्रकार सतह के अणु अपने स्वयं के सतह क्षेत्र को कम करने की प्रवृत्ति रखते हैं।

आणविक बलों की ऐसी असमानता अंदर से सतह की ओर अणुओं की निरंतर गति को प्रेरित करती है, जिसका अर्थ है कि सतह के अणुओं में अतिरिक्त ऊर्जा होती है, जिसे विशिष्ट सतह ऊर्जा या संभावित ऊर्जा कहा जाता है। और कम एकांक क्षेत्रफल पर कार्य करने वाली ऐसी ऊर्जा को पृष्ठ तनाव के रूप में परिभाषित किया जाता है।

यह प्रासंगिक घटना की व्याख्या करने के लिए एक ढांचा है जो सामग्री की सतह या इंटरफेस में होता है और सतह के तनाव को मापने के लिए कई तरीके विकसित किए गए हैं। सतह के तनाव को निर्धारित करने के विभिन्न तरीकों में से, डू नूई रिंग विधि और विल्हेम प्लेट तरल सतह से एक ठोस वस्तु के पृथक्करण पर आधारित हैं, और ड्रॉप (तरल)#पेंडेंट ड्रॉप टेस्ट और सेसाइल ड्रॉप तकनीक या बबल विधि विरूपण पर निर्भर करती है। (यांत्रिकी) एक तरल बूंद के गोलाकार आकार का।

भले ही ये विधियाँ अपेक्षाकृत सरल हैं और आमतौर पर स्थिति-विज्ञान सतह तनाव को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाती हैं, अगर अशुद्धियों को तरल में जोड़ा जाता है, तो गतिशील संतुलन के आधार पर सतह तनाव का माप लागू किया जाना चाहिए क्योंकि पूरी तरह से गठित प्राप्त करने में अधिक समय लगता है सतह और इसका मतलब है कि एक शुद्ध तरल के रूप में स्थिर संतुलन हासिल करना मुश्किल है। डायनेमिक्स (यांत्रिकी) सतह तनाव माप को प्रेरित करने के लिए सबसे विशिष्ट अशुद्धता एक सर्फेक्टेंट अणु है जिसमें हाइड्रोफिलिक सेगमेंट दोनों होते हैं, जिन्हें आमतौर पर "हेड ग्रुप" और जल विरोधी सेगमेंट कहा जाता है, जिसे आमतौर पर एक ही अणु में "टेल ग्रुप" कहा जाता है। विशिष्ट आणविक संरचना के कारण, सर्फेक्टेंट तरल सतह की सीमा गैस चरण में स्थानांतरित हो जाते हैं जब तक कि एक बाहरी बल इंटरफ़ेस या सतह से संचित अणुओं को पूरी तरह से फैला नहीं देता है और इस प्रकार अतिरिक्त अणुओं को समायोजित नहीं कर सकता है। इस प्रक्रिया के दौरान, समय के कार्य के रूप में सतह तनाव कम हो जाता है और अंत में संतुलन सतह तनाव (σ_equilibrium). इस तरह की प्रक्रिया को चित्र 1 में दिखाया गया है। (छवि को संदर्भ से पुन: प्रस्तुत किया गया था)

: चित्र 1 - सर्फैक्टेंट अणुओं का प्रवासन और सतही तनाव में परिवर्तन (σ_t1 > पी_t2 > पी_equilibrium)

अधिकतम बुलबुला दबाव विधि

गतिशील सतह तनाव को निर्धारित करने के लिए उपयोगी तरीकों में से एक अधिकतम बुलबुला दबाव विधि या, बस, बुलबुला दबाव विधि को मापना है।

बबल प्रेशर टेन्सियोमीटर (सतह तनाव) स्थिर दर पर गैस के बुलबुले (पूर्व हवा) पैदा करता है और उन्हें एक केशिका के माध्यम से उड़ाता है जो नमूना तरल में डूबा हुआ है और इसकी त्रिज्या पहले से ही ज्ञात है।

गैस बुलबुले के अंदर दबाव (पी) बढ़ता रहता है और अधिकतम मूल्य तब प्राप्त होता है जब बुलबुले में पूरी तरह से गोलार्द्ध का आकार होता है जिसका त्रिज्या केशिका के त्रिज्या के अनुरूप होता है।

चित्रा 2 बुलबुला गठन के प्रत्येक चरण और बुलबुला त्रिज्या के इसी परिवर्तन को दर्शाता है और प्रत्येक चरण नीचे वर्णित है। (छवि संदर्भ से पुन: प्रस्तुत की गई थी)

: चित्र 2 - समय के कार्य के रूप में प्लॉट किए गए बुलबुले के गठन के दौरान दबाव में परिवर्तन।

ए, बी: केशिका के अंत में एक बुलबुला दिखाई देता है। जैसे-जैसे आकार बढ़ता है, बुलबुले की वक्रता की त्रिज्या घटती जाती है।

सी: अधिकतम बुलबुला दबाव के बिंदु पर, बुलबुले का एक पूर्ण गोलार्द्धीय आकार होता है जिसका त्रिज्या Rcap द्वारा निरूपित केशिका के त्रिज्या के समान होता है। तरल के भीतर गोलाकार बुलबुले के आकार के लिए कम रूप में यंग-लाप्लास समीकरण का उपयोग करके सतह के तनाव को निर्धारित किया जा सकता है।

$\sigma ={\frac {\Delta P_{\rm {max}}\times R_{\rm {cap}}}{2}}$ (σ: पृष्ठ तनाव, ΔP_max: अधिकतम दबाव ड्रॉप, आर_cap: केशिका की त्रिज्या)

डी, ई: अधिकतम दबाव के बाद, बुलबुले का दबाव कम हो जाता है और बुलबुले की त्रिज्या बढ़ जाती है जब तक कि बुलबुला एक केशिका के अंत से अलग नहीं हो जाता है और एक नया चक्र शुरू होता है। यह सतह के तनाव को निर्धारित करने के लिए प्रासंगिक नहीं है।

वर्तमान में विकसित और व्यावसायीकृत टेन्सियोमीटर एक बुलबुला बनाने के लिए आवश्यक दबाव की निगरानी करता है, बुलबुले के अंदर और बाहर दबाव अंतर, बुलबुले की त्रिज्या और नमूने की सतह के तनाव की गणना एक बार में की जाती है और डेटा अधिग्रहण के माध्यम से किया जाता है निजी कंप्यूटर नियंत्रण।

बुलबुला दबाव विधि का उपयोग आमतौर पर सर्फेक्टेंट या अन्य अशुद्धियों वाले सिस्टम के लिए गतिशील सतह तनाव को मापने के लिए किया जाता है क्योंकि इसमें संपर्क कोण माप की आवश्यकता नहीं होती है और उच्च सटीकता होती है, भले ही माप तेजी से किया जाता है। "बबल प्रेशर मेथड" को गतिशील सतह तनाव को मापने के लिए लागू किया जा सकता है, विशेष रूप से उन प्रणालियों के लिए जिनमें सर्फेक्टेंट होते हैं। इसके अलावा, यह विधि शरीर के तरल पदार्थ जैसे सीरस द्रव पर लागू करने के लिए एक उपयुक्त तकनीक है क्योंकि इसे माप के लिए बड़ी मात्रा में तरल नमूने की आवश्यकता नहीं होती है। अंत में, विधि का उपयोग औद्योगिक सफाई या कोटिंग स्नान की सतही सामग्री के अप्रत्यक्ष निर्धारण के लिए किया जाता है क्योंकि बुलबुला गठन दरों की एक विशेष श्रेणी में गतिशील सतह तनाव एकाग्रता के साथ एक मजबूत सहसंबंध दिखाता है।

बाहरी संबंध

• Measuring principle and applications of dynamic surface tension measurement with a bubble pressure tensiometer
• Bubble pressure method for measuring the dynamic surface tension