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Oberflächenspannung und die Folgen - Sind Oberflächen immer Minimalflächen?

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Wenn wir uns in ein Teilchen an der Oberfläche hineinversetzen, erfahren wir eine resultierende Kraft in das Innere der Phase. Die resultierende Kraft lässt sich beispielsweise durch eine derartige Apparatur
mit Flüssigkeitslamelle und beweglichem Bügel messen. Aufgrund dieser Kraft wird Arbeit benötigt, um eine Oberfläche zu vergrößern. Wir nennen den Quotienten aus aufzuwendender Arbeit
und neu geschaffener Oberfläche Oberflächenspannung gamma. Die Oberflächenspannung wird mit zunehmender Temperatur geringer Die Erzeugung eines Quadratmeters Wasseroberfläche erfordert bei 15°C Grad 73,49 mJ (73,49 Millijoule); bei 30°C sind nur noch 71,18 mJ notwendig. Je höher die Temperatur, desto geringer
ist die Oberflächenspannung. Am kritischen Punkt wird die Oberflächenspannung gleich Null. Ab hier gibt es keine Oberfläche mehr und alle Phänomene, die mit der Oberfläche zu tun haben, sind verschwunden. Die Oberflächenspannung kann auch als Quotient aus Kraft und Länge formuliert werden - die Kraft, die in der Oberfläche wirkt. Wir ersetzen in der Gleichung gamma=dW/dA die Arbeit W durch das Produkt Kraft mal
Verschiebung und die Fläche A durch Länge L mal Verschiebung und erhalten Gamma = Kraft durch Länge Mit Hilfe dieser Definition können wir formulieren: Entlang einem
Meter Wasseroberfläche wirken 72 mN sowohl nach rechts als auch nach links und hält die Oberfläche zusammen. Verglichen mit organischen Flüssigkeiten besitzt Wasser eine relativ große Oberflächenspannung:
Ethanol etwa besitzt mit 23 mN/m etwa nur ein Drittel der Oberflächenspannung von Wasser (72 mN/m) Die Vergrößerung einer Oberfläche erfordert Arbeit - die
Verkleinerung von Oberfläche setzt Arbeit frei - folglich streben alle Oberflächen
nach einer geometrisch günstigen Form. Diese günstigste Form ist die Kugel – die Kugel besitzt bei gleichem Volumen die kleinste Oberfläche. Wenn keine anderen Faktoren dagegen sprechen sind Oberflächen Kugeloberflächen. Mehrere kleine Kugeln haben eine größere Oberfläche als eine einzige volumengleiche größere Kugel, also streben Flüssigkeitströpfchen danach, zu agglomerieren. Bei Oberflächen, die aneinander stoßen, dann werden sich diese so verändern, bis eine Struktur mit minimaler Gesamtenergie
entsteht. Deshalb existieren z.B. in einem Schaum nur 120 Grad Winkel zwischen den Flächen auftreten, denn nur dann kompensieren sich die Oberflächen-Kräfte (Vektorielle Addition zu Null) Die Kanten in einem Schaum treffen sich exakt im Tetraederwinkel
(109°) aus dem gleichen Grund. (Kräfte addieren sich vektoriell zu Null) Wenn auf beiden Seiten einer Oberfläche (rechts und links oder oben und unten – je nach der
Orientierung) der gleiche Druck herrscht, dann ist die Oberfläche nicht gekrümmt.
(Druckunterschied delta(p)=0 bedeutet: keine Krümmung).
Wenn aber eine Krümmung einer Oberfläche vorliegt, dann muss eine Druckdifferenz zwischen der konkaven unter
konvexen Seite vorliegen (auf der konkaven Seite muss
immer ein höherer Druck
Internationaler Freiname
Überkritischer Zustand
Wasseroberfläche
Vorlesung/Konferenz
Erz
Organische Flüssigkeit
Wasseroberfläche
Vorlesung/Konferenz
Ethanol
Sonnenschutzmittel
Schaum
Erz
Vorlesung/Konferenz
Vorlesung/Konferenz
Vorlesung/Konferenz

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Oberflächenspannung und die Folgen - Sind Oberflächen immer Minimalflächen?
Serientitel Einführung in die Thermodynamik
Teil 27
Autor Lauth, Günter Jakob
Mitwirkende Lauth, Anika (Medientechnik)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, verändern und in unveränderter oder veränderter Form vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.5446/15671
Herausgeber Günter Jakob Lauth (SciFox)
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch
Produktionsjahr 2013
Produktionsort Jülich

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik, Chemie
Schlagwörter Physikalische Chemie
Thermodynamik

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