液-固界面接触角的测量
一、实验目的
1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。
2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。
二、实验原理
润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。
图1 各种类型的润湿
当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
图2 接触角
假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即
γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。
在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：
粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2)
铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3)
式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。
若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果：
W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4)
S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿，θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。
接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。
决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。
接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理量分为四大类：角度测量法、长度测量法、力测量法，透射测量法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。本实验所用的仪器JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。
三、仪器与药品
仪器：JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪，微量注射器，容量瓶，镊子，玻璃载片，涤纶薄片，聚乙烯片，金属片（不锈钢、铜等）。
试剂：蒸馏水，无水乙醇，十二烷基苯磺酸钠（或十二烷基硫酸钠）
十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量分数：0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%，
0.1%，0.15%，0.2%，0.25%
四、实验内容
1．考察在载玻片上水滴的大小（体积）与所测接触角读数的关系，找出测量所需的最佳液滴大小。
2．考察水在不同固体表面上的接触角。
3．等温下醇类同系物（如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇）在涤纶片和玻璃片上的接触角和表面张力的测定
4．等温下不同浓度的乙醇溶液在涤纶片和玻璃片上的接触角和表面张力的测定5．等温下不同浓度表面活性剂溶液在固体表面的接触角和表面张力的测定
液体：十二烷基苯磺酸钠溶液浓度(质量分数)：0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, 0.25%
6．测浓度为0.1%十二烷基苯磺酸钠水溶液液滴在涤纶片和载玻片表面上接触角随时间的变化。
五、实验步骤
(一) 接触角的测定
(1) 开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。
(2)调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍～2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。
(3)加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测接触角一般用0.6μL～1.0μL的样品量最佳。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。
(4)接样。旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。
(5)冻结图象。点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Save as将图象保存在文件夹中。接样后要在20s（最好10 s）内冻结图像。
(6) 量角法。点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上< 和> 键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。另外，也可以使测量尺与液滴右端相交，此时应用180°减去所见的数值方为正确的接触角数据，最后求两者的平均值。
(7)量高法。点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。
(二) 表面张力的测定
(1)开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。
(2)调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍，然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。
(3)加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测表面张力时样品量为液滴最大时。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的大液泡。
(4)冻结图象。当液滴欲滴未滴时点击界面的冻结图象按钮，再点击File菜单中的Save as将图象保存在文件夹中。
(5) 悬滴法。单击悬滴法按钮，进入悬滴法程序主界面，按开始按钮，打开图像文件。然后顺次在液泡左右两侧和底部用鼠标左键各取一点，随后在液泡顶部会出现一条横线与液泡两侧相交，然后再用鼠标左键在两个相交点处各取一点，这时会跳出一个对话框，输入密度差和放大因子后，即可测出表面张力值。
注：密度差为液体样品和空气的密度之差；放大因子为图中针头最右端与最左端的横坐标之差再除以针头的直径所得的值。
六、结果与讨论
列表或作图表示所得实验结果。初步解释所得结果的原因
例如
表2. 等醇类同系物在涤纶片和玻璃片上的接触角和表面张力的测定
表3. 等温下不同浓度表面活性剂溶液在固体表面的接触角和表面张力的测定
表中W a为粘附功; S为铺展系数
用所测得的表面张力数值对十二烷基苯磺酸钠溶液的浓度作图，根据其表面张力曲线了解表面活性剂的特性。
七、思考题
1．液体在固体表面的接触角与哪些因素有关？
2．在本实验中，滴到固体表面上的液滴的大小对所测接触角读数是否有影响？为什么？
3．实验中滴到固体表面上的液滴的平衡时间对接触角读数是否有影响？
参考书
1．北京大学化学系胶体化学教研组主编. 胶体与界面化学实验. 北京大学出版社. 1993
2．金丽萍, 邬时清, 陈大勇. 物理化学实验. 华东理工大学出版社. 2006
第3章角度测量 第三节角度测量方法——测回法观测水平角 授课老师：王金福授课时间： 2011年12月19日教学目的：掌握测回法观测水平角的方法。 教学重点：掌握测回法观测水平角的基本操作步骤。 教学难点：掌握测回法观测水平角数据记录及内业计算。 教学方法：利用多媒体教学，较为直观地展示图、表，利于学生理解。进行现场示范操作，直观展现测量方法。利用日常物品作为教具，激发学生学习热情。 教学内容： 一、复习 1、水平角测量原理（教室内取点讲解） 水平角定义：地面上相交的两条直线投影到同一个水平面上所夹的角 度称为水平角，用β表示。 特点：顺时针0°~360° 计算公式： =b-a 当b≥a时β= b-a 当b＜a时β= b+360°-a 2、光学经纬仪的基本构造： a)对中整平装置（基座、垂球或光学对中器、水准器） b)照准装置（望远镜、支架、转动控制装置） c)读数装置（水平度盘及控制装置、竖直度盘及控制装置、读 数显微装置） 3、光学经纬仪的基本操作： 对中，整平，瞄准，读数
二、讲授新课 的单个水平角测回法：两个方向之间上需要观测多个方向方向观测法：一个测站量{ 水平角测 盘左（正镜）：竖直度盘位于望远镜视准轴方向左侧 盘右（倒镜）：竖直度盘位于望远镜视准轴方向右侧 测回法观测水平角具体操作步骤：（现场操作演示） （1） 在角顶O 上安置经纬仪，对中、整平。 （2） 以盘左位置瞄准左边目标A ，读取水平度盘读数a 左。（样表： 教案P3表3-2） （3） 顺时针转动仪器，瞄准右边目标B ，读取水平度盘读数b 左。 则盘左所测得角值为β左=b 左-a 左。 以上完成了上半测回。为了检核及消除仪器误差对测角的影响，应以盘右位置再作下半测回观测。 （4） 先瞄准右边目标B ，得水平度盘读数b 右；逆时针方向转动仪 器，瞄准左边目标A ，得水平度盘读数a 右，完成下半测回。盘右 时水平角值为β右=b 右-a 右。 计算角值时，均用右边目标读数b 减去左边目标读数a ，不够减时加上360°。 上、下半测回合称一个测回。用DJ6光学经纬仪观测水平角时，上、下两个半测回所测角值之差不超过±40＂时，取盘左、盘右两次角值得平均值作为一个测回得测角结果。即 β=（β左+β右）/2 若两个半测回得不符值超过±40＂时，则该水平角应重新观测。 当测角精度要求较高时，需要观测n 个测回。为了减小度盘刻划不均匀的误差，每个测回应按180°/n 的差值变换度盘起始位置。
光学接触角测量仪可以记录液滴图像并且自动分析液滴的形状.液滴形状是液体表面张力、重力和不同液体样品的密度差和湿度差及环境介质的函数.在固体表面上，液滴形状和接触角也依赖于固体的特性（例如表面自由能和形貌）.使用液滴轮廓拟合方法对获得的图像进行分析，测定接触角和表面张力.使用几种已知表面张力的液体进行接触角测试可以计算得到材料的表面自由能. 作为光学方法，光学接触角测量仪的测量精度取决于图片质量和分析软件.Attension光学接触角测量仪使用一个高质量的单色冷LED光源以使样品蒸发量降到最低，高分辨率数码镜头、高质量的光学器件和精确的液体拟合方法确保了图片质量. 一、影像分析法接触角测试仪原理 影像分析法是通过滴出一滴满足要求体积的液体于固体表面，通过影像分析技术，测量或计算出液体与固体表面的接触角值的简易方法.作为影像分析法的仪器，其基本组成部分不外乎
光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统.简单的一个影像分析法可以不含图像采购系统，而通过镜头里的十字形校正线去直接相切于镜头里观察到的接触角得到. 计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型，如液滴可被视为球或圆椎的一部分，然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值.Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角. 仪器基本组成：光源、样品台、镜头、图像采集系统、进样系统. 二、插板法接触角测试仪原理 固体板插入液体时，只有板面与液体的夹角恰好为接触角时液面才直平伸至三相交界处，不出现弯曲.否则，液面将出现弯曲现象.因此，改变板的插入角度直至液面三相交界处附近无弯曲，这时，板面与液面的夹角即为接触角.
现代计量测试1998年第1期 测量接触角的一种新方法 王中杰 刘滨春 (东北大学自动化研究中心 沈阳 11006) (空军长春飞行学院力学教研室) 摘要:本文把图像处理技术引入接触角测量中,大大提高了接触角测量的精度。基于此所研制的接触角测量仪具有精度高、重复性好、操作简单、使用方便等一系列优点。 关键词:接触角,边缘提取,最小二乘法 一、引言 所谓接触角,是指在一固体水平平面上滴一液滴,固体表面上固、液、 气三相交界点处其气—液 图1 接触角的形成界面和固—液界面两切线把液相夹在其中时所成的角,如图1所 示。 接触角的测量问题是一项涉及范围极广的技术,在科研、国 防、工业、农业等许多领域都有很重要的应用。通过测量接触角, 可以研制减粘降阻材料,以满足金属抛光、试剂表面特性测定、润 滑油的特性标定、印刷行业、防水行业、浮选工作、焊接工作和搪 瓷等行业的需要。接触角的测量技术虽然具有很长的研究历史,但每种方法都有一定的局限性,远远不能满足各行各业的需要。 因此,寻求一种精确、有效的接触角测量方法是一个亟待解决的 问题。 二、实验装置 实验装置由三部分组成:JJC -1型接触角测量仪、液摘控制装置和微机图象处理系统。 JJC -1型接触角测量仪的结构如图2所示。 该仪器由底座、测量显微镜、样品盒和照明光源组成。样品盒用来放液滴,可按直角坐标任意移动。液滴控制装置由螺旋测微器和毛细吸管组成。微机图象系统的基本结构是:微机+图象采集显示卡+监视器+摄像机。微机的配置为:CPU 采用80486或80486以上,内存容量8M B ,硬盘40M B ,外接鼠标器。图象采集显示卡采用P 550双帧伪彩色图象采集显示卡。 JJC -1型接触角测量仪的工作过程是:用摄像机对景物进行实时或准实时采集,经A D 变换后,图象存储在图象存储单元的一个或几个通道中,D A 变换电路自动将图象实时显示在图象监视器上,然后可对图象进行处理或存盘。监视器是图象处理系统中必不可少的图象输出显示设备,其最高分辨率为800点×600行。摄像机主要完成图象的获取,其输入信号是光信号,摄像机的最前端就是一组光学镜头,其输出信号是电信号,作为图象采集显示卡的输入。液滴的采集路径如图3所
角度测量的原理及其方法 角度测量原理 一、水平角测量原理 地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。如图 3-1所示，A、B、O为地面上的任意点，通OA和OB直线各作一垂 直面，并把OA和OB分别投影到水平投影面上，其投影线Oa和Ob 的夹角∠aOb，就是∠AOB的水平角β。 如果在角顶O上安置一个带有水平刻度盘的测角仪器，其度盘 中心O′在通过测站O点的铅垂线上，设OA和OB两条方向线在水 平刻度盘上的投影读数为a1和b1，则水平角β为： β= b1 - a1(3-1) 二、竖直角测量原理 在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直角或称垂直 角。如图3-2所示，视线在水平线之上称为仰角，符号为正；视线在 水平线之下称为俯角，符号为负。
图3-1 水平角测量原理图图3-2 竖直角测 量原理图 如果在测站点O上安置一个带有竖直刻度盘的测角仪器，其竖盘中心通过水平视线，设照准目标点A时视线的读数为n，水平视线的读数为m，则竖直角α为： α= n - m (3-2) 光学经纬仪 一、DJ6级光学经纬仪的构造 它主要由照准部(包括望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备)、水平度盘、基座三部分组成。现将各组成部分分别介绍如下：１．望远镜 望远镜的构造和水准仪望远镜构造基本相同，是用来照准远方目标。它和横轴固连在一起放在支架上，并要求望远镜视准轴垂直于横轴，当横轴水平时，望远镜绕横轴旋转的视准面是一个铅垂面。为了控制望远镜的俯仰程度，在照准部外壳上还设置有一套望远镜制动和
微动螺旋。在照准部外壳上还设置有一套水平制动和微动螺旋，以控制水平方向的转动。当拧紧望远镜或照准部的制动螺旋后，转动微动螺旋，望远镜或照准部才能作微小的转动。 ２．水平度盘 水平度盘是用光学玻璃制成圆盘，在盘上按顺时针方向从0°到360°刻有等角度的分划线。相邻两刻划线的格值有1°或30′两种。度盘固定在轴套上，轴套套在轴座上。水平度盘和照准部两者之间的转动关系，由离合器扳手或度盘变换手轮控制。 ３．读数设备 我国制造的DJ6型光学经纬仪采用分微尺读数设备，它把度盘和分微尺的影像，通过一系列透镜的放大和棱镜的折射，反映到读数显微镜内进行读数。在读数显微镜内就能看到水平度盘和分微尺影像,如图3-4所示。度盘上两分划线所对的圆心角，称为度盘分划值。 在读数显微镜内所见到的长刻划线和大号数字是度盘分划线及其注记，短刻划线和小号数字是分微尺的分划线及其注记。分微尺的长度等于度盘１°的分划长度，分微尺分成６大格，每大格又分成10，每小格格值为1′，可估读到0.1′。分微尺的0°分划线是其指标线，它所指度盘上的位置与度盘分划线所截的分微尺长度就是分微尺读数值。为了直接读出小数值，使分微尺注数增大方向与度盘注数方向相反。读数时，以在分微尺上的度盘分划线为准读取度数，而后读取该度盘分划线与分微尺指标线之间的分微尺读数的分数，并估读
水平角的测量方法 一、测回法 1．测回法的观测方法（测回法适用于观测两个方向之间的单角） 如图3-9所示，设O为测站点，A、B为观测目标，用测回法观测OA与OB两方向之间的水平角β，具体施测步骤如下。 （1）在测站点O安置经纬仪，在A、B两点竖立测杆或测钎等，作为目标标志。 （2）将仪器置于盘左位置，转动照准部，先瞄准左目标A，置零、读取水平度盘读数a L，设读数为0?01′30″，记入水平角观测手簿表3-1相应栏内。松开照准部制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右目标B，读取水平度盘读数b L，设读数为98?20′48″，记入表3-1相应栏内。 以上称为上半测回，盘左位置的水平角角值（也称上半测回角值）βL为：
βL=b L－a L=98?20′48″－0?01′30″=98?19′18″ （3）松开照准部制动螺旋，倒转望远镜成盘右位置，先瞄准右目标B，读取水平度盘读数b R，设读数为278?21′12″，记入表3-1相应栏内。松开照准部制动螺旋，逆时针转动照准部，瞄准左目标A，读取水平度盘读数a R，设读数为180?01′42″，记入表3-1相应栏内。 以上称为下半测回，盘右位置的水平角角值（也称下半测回角值）βR为： βR=b R－a R=278?21′12″－180?01′42″=98?19′30″ 上半测回和下半测回构成一测回。 表3-1 测回法观测手簿 6 均值作为一测回角值β。
在本例中，上、下两半测回角值之差为： △β=βL －βR =98?19′18″－98?19′30″=－12″ 一测回角值为： 98?19′18″+98?19′30″98?19′24″ 将结果记入表3-1相应栏内。 注意：由于水平度盘是顺时针刻划和注记的，所以在计算水平角时，总是用右目标的读数减去左目标的读数，如果不够减，则应在右目标的读数上加上360?，再减去左目标的读数，决不可以倒过来减。 当测角精度要求较高时，需对一个角度观测多个测回，应根据测回数n ，以180?/n 的差值，安置水平度盘读数。例如，当测回数n =2 时，第一测回的起始方向读数可安置在略大于0?处；第二测回的起始方向读数可安置在略大于（180?/2）=90?处。各测回角值互差如果不超过±40″（对于DJ 6 型），取各测回角值的平均值作为最后角值，记入表3-1相应栏内。 ( 21 )(2 1=+=R L βββ=)测回法观测水平角 观测程序： 盘左 瞄准J ，读数j 左 瞄准K ，读数k 左 盘右 瞄准K ，读数k 右 瞄准J ，读数j 右 β左=k 左-j 左 β右=k 右-j 右
实验项目：用接触角测量仪测量材料表面的接触角 一．实验目的： 1．认识和掌握接触角测量仪测量材料表面的接触角的基本原理 2．熟悉接触角测量仪JC2000D1的操作技术 二．实验容： 1．掌握JC2000D1型接触角测量仪的工作原理和操作步骤 2．测量几种材料的表面接触角 三．实验仪器，设备及材料 设备JC2000D1型接触角测量仪，蒸馏水，解玻片，食盐水，样品木板几个 四．基本原理概述 1．接触角定义及应用 当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴部的聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，接触角通俗地说，就是液滴在固体表面自然形成的半圆形态相对于固体平面的外切线，如图1所示。 接触角的应用非常广泛，甚至可以说涉及到身边的每个细节，我们希望汽车玻璃上不沾雨水，但反之我们希望汽车钢板上的油漆永不脱落。其他比如农药和蔬菜叶面；涂料和外墙面，绝缘材料，纳米材料表面化改性等等，从教学科研工农业生产到日常生活。 图1 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面力在水平方向上的分力之和应等于零，即 (1) 式中、、分别为固-气、液-气和固-液界面力；为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角 （contact angle），在之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系
的重要尺度，可作为润湿与不润湿的界限，时可润湿， 时不润湿。 2．润湿 润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用来表示。润 湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting）、铺展润湿 （spreading wetting）和浸湿（immersional wetting）。可从图2看出。 图2 三类润湿 （1）粘附润湿 如果原有的1固面和1液面消失，形成1固-液界面，则此过程的 为： （2） （2）铺展润湿 当一液滴在1固面上铺展时，原有的1固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1液面和1固－液界面，则此过程的为： （3） （3）浸湿 当1固面浸入液体中时，原有的1固面消失，形成1固－液界面，则此过程的为： （4） 对上述三类润湿，和无法测定，如何求？分别讨论如下： （1）粘附润湿
姓名: 班级: 学号（短号）： 实验五全圆方向观测法测水平角 一、实验目的 1、进一步掌握水平角观测原理。 2、掌握全圆方向法观测水平角的方法。 二、实训设备及器件：DJ6经纬仪、三脚架、标杆 三、课时安排：2学时 四、实验步骤及要求 1、如图所示，在o点安置经纬仪，选取一方向作为起始零方向（如图中的A方向八 2、盘左观测：照准A方向，并拨动水平度盘变换手轮，将A方向的水平度盘读数设置在接近00° 00' 00〃附近，然后顺时针转动照准部1-2周，重新照准A方向并读取水平度盘读数，记入方向观测法记录表中。按顺时针方向依次照准B、C、D方向，并读取水平度盘读数，将读数值分别记入记录表中。继续旋转照准部至A方向，再读取水平度盘读数，检查上半测归零差（绝对值小于18〃）是否合格；如超限，上半测回应重测。 3、盘右观测：盘右位置观测前，先逆时针旋转照准部1-2周后再照准A方向，并读取水平度盘读数，记入记录表中。按逆时针方向依次照准 D C、B方向，并读取水平度盘读数，将读数值分别记入记录表中。逆时针继续旋转至A方向，读取零方向A的水平度盘读数，并检查下半测归零差（绝对值小于18〃）；如超限，下半测回应重测。
D 图1 全圆方向法测水平角图示
姓名: 班级: 学号（短号）： 4、完成一测回后，进行第二个测回，必须注意：第二测回的起始方向应调节水平度 盘为180° /n的整倍数来观测，本实验2个测回，则起始方向调节水平度盘接近180 /2=90 °。 5、两个测回结束后，计算同一方向值各测回较差，是否满足绝对值小于24〃 五、实验成果记录 表1 水平角测量观测记录（全圆方向法） 六、实验误差计算（结果是否满足限差要求，并说明原因？）
试讲教案二 授课年级一授课班级1501 授课日期2015/7/25 授课节次 1 教学课题 3.1水平角测量原理 教学目标知识目标：掌握水平角测量的理论依据； 能力目标：通过学习能够架设仪器位置合适，观测顺序和计算公式运用正确；情感目标：1、培养理论联系实际思考的习惯和对测量这门课程的兴趣； 2、培养善于发现问题和自我解决问题的习惯。 教学重点1、水平角测量的基本原理和水平角计算公式的运用 教学难点1、水平角测量原理的理解； 2、水平角测量计算公式的灵活运用。 教学资 源准备 多媒体、课件：①单元学习目标；②水平角测量原理图； 教学方法问题解答法+分组教学法 教学活动流程设计旁 注一、导入新课 复习上一章节水准测量中大家学习了高程测量以及水准仪的使用，提问地面点 的空间位置坐标怎么确定？水平角和水平距离跟一个点的坐标之间是不是存在关 系？根据一个已知点的位置关系，确定了水平角和水平距离是不是就可以确定了未 知点的水平面坐标？以此引入新课：水平角的测量原理。 二、新课教学 第一节水平角测量原理 [探讨] 如图3-1，高程不同的任意三个地面点构成的水平角该如何观测？ [投影] 水平角观测原理图（提示：与所探讨的问题相联系，板书作图3-1）提问学生以前的学习中角度是怎么测量的？（同学举手或者直接回答：使用量
五、板书设计 1、水平角测量原理图： 2、水平角： 夹角∠A′O′B′，即为水平角，通常用β表示，其取值范围为0°~360°。 3、水平度盘读数：a，b 4、水平角计算方法： 根据水平角的取值范围，水平角β与水平度盘读数a、b有 β = b - a （3-1） 当水平度盘的0刻画位于a、b刻画之间时，a读数大于b读数，则 β = b + 360°- a （3-2） 六、课后反思 （根据课堂上具体的情况，在课后进行教学后记，发现学生缺陷，内容疏漏，总结经验，改进和调整教学设计）
接触角的测定实验报告
液-固界面接触角的测量实验报告 一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
图2 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o 之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ
接触角测量技术的应用 丁晓峰Ξ,陈沛智,管 蓉 (有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,武汉430062) 摘 要:总结了接触角测量技术在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片检测、 无毒低表面能防污材料测试表征方面的应用,为扩大接触角测量技术在其它领域的应用提供一些启发。 关键词:接触角;测量;应用;润湿 液体在固体材料表面上的接触角,是衡量该液体对材料表面润湿性能的重要参数。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面 相互作用的许多信息[1] 。接触角测量技术不仅可用于常见的表征材料的表面性能,而且接触角测量技术在石油工业、浮选工业、医药材料、芯片产业、低表面能无毒防污材料、油墨、化妆品、农药、印染、造纸、织物整理、洗涤剂、喷涂、污水 处等领域有着重要的应用[2～8] 。1 基础理论液体与固体接触时的润湿情况有两种。第一种情况,液体完全润湿固体表面,即液2气(l 2v )界 面与固2液(s 2l )界面之间的接触角为00 。第二种情况,液体部分润湿固体表面,即液体在固体表面形成液滴,呈现非零接触角。如图1所示,对于此种情况的宏观液滴,三相界面张力满足Y oung 方程: γlv cos θ=γsv -γsl (1)其中,γ为界面张力,下标l 、v 和s 分别代表液相、气相和固相,θ为接触角。 在学术上普遍认可的接触角的定渝是[9] :过三相接触点,向l 2v 界面做切线,l 2v 界面切线与s 2 l 界面之间的夹角,即为接触角。 固体对某种液体的接触角越大,表明该液体 对表面的润湿性越差。例如,材料对水的接触角越小,表明材料的亲水性越强。 图1 固体表面上的液滴 2 接触角测量技术的应用2.1 在石油开采工业方面的应用 世界上已探明石油储量约一半为碳酸盐岩油藏。这些碳酸盐岩油藏中很多都有天然裂缝,形 成毛细管。由于毛细管作用,裂缝中的石油很难解吸出来,从而导致裂缝油藏的采收率一般都低于非裂缝油藏的采收率。为了提高裂缝油藏的采收率,就要首先测定裂缝岩石对水接触角,了解裂缝岩石的亲水、亲油性。如果裂缝岩石是水湿 的(对水接触角小于30° ),就可以采用注水驱油法采油,该方法属于二次采油。亲水性裂缝岩石的毛细管力容易吸入水,同时排除油,这样就可以提高采油率。然而,许多碳酸盐岩油藏(约80%) 是混和润湿(对水接触角大于30°小于150°)的或油润湿的(对水接触角大于150°)[10] 。这时就要采用 添加表面活性剂驱油,该方法属于3次采油。表面活性剂的加入是为了减小岩石对水接触角,增加 岩石的亲水性。Austad [11] 用阳离子表面活性剂,如 — 27—Ξ作者简介:丁晓峰(1982-),男,硕士研究生;E 2mail :xding -0@https://www.doczj.com/doc/e93218617.html,
液-固界面接触角的测量 一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。 图2 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1)
式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿，θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。 接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。 决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。 接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理量分为四大类：角度测量法、长度测量法、力测量法，透射测量法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。本实验所用的仪器JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。 三、仪器与药品 仪器：JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪，微量注射器，容量瓶，镊子，玻璃载片，涤纶薄片，聚乙烯片，金属片（不锈钢、铜等）。 试剂：蒸馏水，无水乙醇，十二烷基苯磺酸钠（或十二烷基硫酸钠）
接触角的测量 [ 实验目的 ] 了解实验原理，掌握实验操作，学习测量接触角的方法，了解润湿过程和接触角的实际意义。 [ 仪器用具 ] JC2000C1接触角测量仪、载玻片、注射器、烧杯、蒸馏水 [ 原理概述 ] 当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。
2 图1 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即 θγγγcos ///A L L S A S += （1） 式中γ S/A 、 γ L/A 、 γ S/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包 含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00 -1800 之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。 润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。可从图2看出。 图2 三类润湿 （1） 粘附润湿 如果原有的1m 2 固面和1m 2 液面消失，形成1m 2 固-液界面，则此过程的W A S/L 为： W A S/L ＝γ S/A +γ L/A -γ S/L （2） （2） 铺展润湿 当一液滴在1m 2 固面上铺展时，原有的1m 2 固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m 2 液面和1m 2 固－液界面，则此过程的W S S/L 为： W S S/L ＝γ S/A -γ L/A -γ S/L （3） （3） 浸湿 当1m 2 固面浸入液体中时，原有的1m 2 固面消失，形成1m 2 固－液界面，则此过程的W I S/L 为：
水平角测量实训测量方案 指导老师：尹冶 组号：第三组 组员：吴骈平卢冠宇雷露曹鑫石潇潇实训地点：金桥餐厅
(一)实训目的： 掌握DJ6型光学经纬仪安方向观测法测水平角的方法以及记录、计算方法 (二)实训要求： 在一个测站上对4个目标做两个测回的方向法 观测，每个组员都要进行两个角度的测量 实训仪器： DJ6型光学经纬仪1台，记录板1块，测伞1把 方法与步骤： 1.一测回操作顺序为： （1）上半测回，盘左，零度方向水平度盘读数应配置在比零度稍大的读数处，从零方向开始，顺时针一次照准各目标，读数，归 零并计算归零差。如果归零差不超过限定规定，则计算零方向 平均值 （2）下半测回，盘右从零方向开始，逆时针依次照准各目标，读数，归零并计算归零差。如果归零差不超过限差规定，则计算零方 向平均值。 （3）计算半测回方向值及一测回平均方向值。 2.进行第二测回观测时，操作方法和步骤与上述相同，仅是盘左零 方向要变换水平度盘要变换水平度盘位置，应配置在比900的读数处。 3.如果同一方向各测回方向值互差不超过限差规定，则计算各测回
平均方向值。所有读数均应当场记入水平角观测手薄中。 4.DJ6型官学经纬仪方向法观测的各项限差如下： 半测回归零差：正负18＂ 同一方向各测回方向值互差：正负24＂ (三)注意事项 1.应旋紧中心连接螺旋和纵轴固定螺旋，防止仪器事故 2.应选择距离稍远、易于照准的清晰目标作为起始方向 3.为避免发生错误，在同一侧回观测过程中，切勿碰动水平度盘变 换手轮，注意观赏保护盖 4.手薄记录、计算一律取至秒 5.观测国策中，照准部水准管气泡偏离居中位置的值不得大于一格。 同一测回内若气泡偏离居中位置大于一格则该测回应重测。不允许在同一个测回内重新整平仪器，不同测回，则允许在测回间重新整平仪器 6.测回间盘左零方向度盘读数应变动1800/n（n为测回数）n=2
液-固界面接触角的测量实验报告 一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。
图2 接触角 假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，
水平角和竖直角测量实 验报告 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
水平角和竖直角测量实验报告一、测区概况： 水平角和竖直角测量的地点是D楼前的区域，当天天气阴，多云。二、目的与要求 目的： 1、掌握用DJ6按测回法观测水平角的方法及工作程序，掌握测回法观测水平角的记录、计算方法和各项限差要求 2、掌握竖直角测量的方法，进行竖直角测量计算 水平角观测相关精度要求：DJ6光学经纬仪，半测回归零差不得超过18″，同一测回2C互差不得超过24″。 （3）仪器和工具 所需仪器DJ6光学经纬仪一台、花杆、记录板、铅笔 三、实验步骤： 水平角测量原理：安置经纬仪于地面O点，转动望远镜分别照准不同的目标(例如A、B二点)，就可以在水平度盘上得到方向线OA、OB在水平面上投影的读数a、b，由此即得OA、OB之间的水平角β为β=b-a。 水平角的观测 先将经纬仪安置好，进行对中、整平并在A、B两点树立标杆或测钎作为照准标志，然后即可进行测角。一测回的操作程序如下： (1)盘左位置，照准左边目标A，对水平度盘置数，略大于0°，将读数a左记入手簿；
(2)顺时针方向旋转照准部，照准右边目标B，读取水平度盘读数b 左，记入手簿。由此算得上半测回的角值：β左＝b左-a左 (3)盘右位置，先照准右边目标B，读取水平度盘读数b右，记入手簿； (4)逆时针方向转动照准部，照准左边目标A，读取水平度盘读数a 右，记入手簿。由此算得下半测回的角值：β右＝b右-a右。 对于DJ6经纬仪，上、下两个半测回所测的水平角之差不应超过±36″。如需要观测多个测回，则各测回起始方向的置数应按180°/n递增。但应注意，不论观测多少个测回，第一测回的置数均应当为0°。各测回观测角值互差不应超过±24″。 观测记录：由于组内观测数据已上交，就以下面观测记录为例 注意事项： 1、在记录前应清楚记录表格的填写次序和方法。 2、每一测回的观测过程中，如发现水准管气泡偏离，应待本测回观测完毕后，下一测回开始前再重新整平仪器。 3、照准目标时，要用十字丝竖丝照准目标的下部，上下半测回应一致。 4、根据目标的明显程度应采用单丝切取或双丝夹中目标。 5、在选择目标时，最好选择不同高度的目标进行观测。 竖直角测量的原理：竖直角是同一竖直面内水平方向转向目标方向的夹角。目标方向高于水平方向的竖直角称为仰角，a为正值，取值范围为 0o～+90o；目标方向低于水平方向的竖直角称为俯角，a为负值，取值范围
接触角的测定实验报告 液-固界面接触角的测量实验报告 一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。
2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方 法。 二、实验原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代 的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。
图1 各种类型的润湿 当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平 面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定所示。2 接触角的液滴存在，如图 图2 接触角
假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平 衡关系就是著名的Young方程，即 γ- γ= γ·cosθ (1) LGSGSL 式中γ，γ，γ分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三 SLSGLGoo-1800相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。 在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是： 粘附润湿 W = γ - γ + γ≥0 (2) LGaSGSL铺展润湿 S = γ - γ - γ≥0 (3) LGSGSL式中W，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。a若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： －γ=γ(1+cosθ) =Wγ+γ (4) LGSLSGLGa S=γ-γ-γ=γ(cosθ-1) (5) LGSLLGSG以上方程说明，只要测定 了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数θθ＝90°作为润湿与否的界限，当据也能作为判别润湿情况的依据。通常把 θθθ越小润湿性能越好；当＜90°时，称为润湿，＞90°，称为不润湿，当角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。 接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在
. 经纬仪原理及角度测量方法 内容：理解水平角、竖直角测量的基本原理；掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数方法；水平角测量的测回法和方向观测法；掌握竖盘的基本构造及竖直角的观测、计算方法；掌握光学经纬仪的检验与校正方法；了解水平角测量误差来源及其减弱措施及电子经纬仪的测角原理及操作方法。 重点：光学经纬仪的使用方法；水平角测回法测量方法；竖直角测量方法； 难点：光学经纬仪的检验与校正。 § 3.1 角度测量原理 角度测量(angular observation) 包括水平角(horizontal angle) 测量和竖直角(vertical angle) 测量。 一、水平角定义 从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。其范围：顺时针0°～ 360°。 二、竖直角定义 在同一竖直面内，目标视线与水平线的夹角，称为竖直角。其范围在0°～±90°之间。如图当视线位于水平线之上，竖直角为正，称为仰角；反之当视线位于水平线之下，竖直角为负，称为俯角。 12 / 1 . § 3.2 光学经纬仪（optical theodolite ） 经纬仪是测量角度的仪器。按其精度分，有DJ6 、DJ2 两种。表示一测回方向观测中误差分别为尶、尲。 一、DJ6 光学经纬仪的构造
DJ6 光学经纬仪图 1、照准部(alidade) 2、水平度盘(horizontal circle) 3、基座(tribrach) 二、J6的读数方法 1、J6 经纬仪采用“分微尺测微器读数法”，分微尺的分划值为1ˊ，估读到获0.1ˊ( 即：6) 。如图，水平度盘读数为：73°04ˊ?。 2、“H ”——水平度盘读数，“V ”——竖直度盘读数。 三、J2 光学经纬仪的构造 12 / 2 . 如图与J6 相比，增加了： 1、测微轮——用于读数时，对径分划线影像符合。 2、换像手轮——用于水平读数和竖直读数间的互换。 3、竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。 四、J2 的读数方法 一般采用对径重合读数法——转动测微轮，使上下分划线精确重合后读数。
亲水性的测量方法——接触角的测量 【一】特点 若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ〉90，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。至于是否液体能进入毛细管，这个还与具体液体有关，并非所有液体在较大夹角下完全不进入毛细管。润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）: 由它可以预测如下几种润湿情况： 1）当θ=0，完全润湿； 2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿； 3）当θ=90°，是润湿与否的分界线； 4）当θ﹥90°，不润湿； 5）当θ=180°，完全不润湿。 毛细现象中液体上升、 下降高度h。h的正负表示上升或下降。 浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。 上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。 上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）。 润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。 【二】测试方法编辑 接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法. 外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来. 计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。 纸张的接触角测量可参照Tappi T 558执行。 烟用纸张的接触角可参照我国制烟行业的行业标准YC/T 424-2011“烟用纸表面润湿性能的测定接触角法”执行。