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Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung mit Hilfe der Blasendruckmethode

Stapf, Julian

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PDF, German
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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Gerät zur Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung aufgebaut. Es findet Anwendung bei verschiedenen experimentellen Aufbauten zu Gasaustauschmessungen im Heidelberger Aeolotron-Labor. Über einen Schlauch fließt die zu untersuchende Flüssigkeit direkt in die Messküvette. Die Messung beruht auf der Blasendruckmethode, bei der an einer in die Messflüssigkeit eingetauchten Kapillare kleine Luftbläschen erzeugt werden. Das Blasenwachstum wird mit einer Kamera beobachtet. Mittels Bildverarbeitung werden aus den aufgenommenen Bildern die Radien bestimmt. Zur Messung des Blaseninnendrucks dient ein Drucksensor. Die Datenaufnahme von Kamera und Drucksensor erfolgt synchron mit einer Rate von 200 Hz. Mit der Young-Laplace-Gleichung kann die Oberflächenspannung aus dem Druck und dem Radius berechnet werden. Zur Regulierung des Luftstroms durch die Kapillare, der zur Blasenerzeugung dient, stehen unterschiedliche Varianten bereit. Durch verschiedene Blasenraten kann die Oberflächenspannung in Abhängigkeit verschiedener Oberflächenalter untersucht werden. Dadurch ergibt sich die zeitliche Abhängigkeit der Oberflächenspannung. Neben Messungen mit der weit verbreiteten Methode des maximalen Blasendrucks (MBP) wurden auch Tests an einer konstanten Blasenoberfläche durchgeführt, deren Wachstum gestoppt wurde. Vergleiche mit Literaturdaten von Triton X-100 zeigten gute Übereinstimmung der dynamischen Oberflächenspannung ab etwa 0,1 s. Für kürzere Zeiten und für die Methode des gestoppten Blasenwachstums konnten hingegen keine verlässlichen Daten gewonnen werden.

Translation of abstract (English)

Within the scope of this thesis an instrument was built to determine the dynamic surface tension. It is designed to be used together with different experimental setups during gas exchange measurements in the Heidelberg Aeolotron laboratory. The liquid of interest directly flows through a tube into the measuring cell. The measurement is based on the bubble pressure method. For this, small bubbles are generated at the tip of a capillary which is installed in the liquid. The bubble growth is monitored with a camera and the radii of the bubbles are determined with image processing. With a pressure sensor the bubble pressure is measured. Data acquisition of camera and pressure sensor is synchronized at a rate of 200 Hz. The dynamic surface tension can be calculated with the Young-Laplace equation from the pressure and the radius of the bubbles. Different options to control the gasflow through the capillary were implemented. With different bubble rates the surface tension can be determined for various surface ages. Thereby the time dependance of the surface tension can be deduced. Beside measurements with the common Maximum Bubble Pressure method (MBP), tests with a static bubble were performed. Compared to the literature, the data of Triton X-100 solutions show good agreement for times larger than 0.1 s. For smaller times, as well as for the method with the static bubble, no reliable data could be achieved so far.

Item Type: Master's thesis
Supervisor: Jähne, Prof. Dr. Bernd
Date of thesis defense: 1 October 2010
Date Deposited: 08 Dec 2014 12:39
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
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