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Oberflächenanalytik - Übungsaufgabe 2: Kapillarität

Video in TIB AV-Portal: Oberflächenanalytik - Übungsaufgabe 2: Kapillarität

Formal Metadata

Title
Oberflächenanalytik - Übungsaufgabe 2: Kapillarität
Subtitle
Wie verhalten sich Wasser und Quecksilber in einer 0,1 mm Glaskapillare?
Title of Series
Part Number
2
Number of Parts
15
Author
Contributors
License
CC Attribution - NonCommercial 3.0 Germany:
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Identifiers
Publisher
Release Date
2013
Language
German
Production Year
2013
Production Place
Jülich

Content Metadata

Subject Area
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Density
Mercury (element) Mercury (element) Pascal (unit)
Mercury (element) Korngrenze
Pascal (unit) Wasseroberfläche Spreitung Dye penetrant inspection
Eine weitere Methode zur Bestimmung der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist die Steighöhenmethode. Aus der Steighöhe in einer Kapillare können wir die Oberflächenspannung gamma ermitteln.
Quecksilber als nicht benetzende Flüssigkeit wird aus auf einer Kapillare herausgedrückt; wir haben eine negative Steighöhe h. Zunächst berechnen wir den Krümmungsradius der Quecksilberoberfläche; diese ist nicht identisch mit dem Radius der Kapillare - wir müssen den Randwinkel mit berücksichtigen. Wir haben 50 Mikrometer als Kapillarradius; wir errechnen 65 Mikrometer als Krümmungsradius des Quecksilbers. Aus dem Krümmungsradius können wir mit Hilfe der Laplaceschen Gleichung den Krümmungsdruck ausrechnen; er ergibt sich
ein Krümmungsdruck von 17708 Pascal. Auf der konkaven
Seite der Phasengrenze muss ein um 14708 Pascal höherer
Druck vorliegen als auf der konvexen Seite. Dies erreicht das Quecksilber dadurch, dass es nach unten sinkt
und einen hydrostatischen Druck aufbaut, der genau 14708 Pascal entspricht. Den hydrostatischen Druck berechnen wir mit der bekannten Formel (rho mal g mal h). Wir lösen nach h auf und erhalten eine negative Steighöhe von 0,11 Meter. (11 Zentimeter) Das gleiche Experiment mit Wasser. Wasser steigt als benetzende Flüssigkeit in der Kapillare nach oben. Auch hier
ermitteln wir zunächst den Krümmungsradius der Wasseroberfläche. Das ist einfach, denn Theta ist hier gleich Null (Spreitung) und damit stimmen Krümmungsradius der Wasseroberfläche und Radius der Kapillare überein. Wir setzen r= 50 µm und gamma=0,073 N/m für die Oberflächenspannung von Wasser; erhalten einen Krümmungsdruck von 2900 Pascal. Dies entspricht einer Steighöhe von 0,298 Meter (29,8 Zentimeter).
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