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§6.4 Phänomene an Flüssigkeitsgrenzflächen Oberflächenspannung  effektive Kräfte nur in Grenzschichten. Kräfte von Nachbarmolekülen heben sich in der.

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1 §6.4 Phänomene an Flüssigkeitsgrenzflächen Oberflächenspannung  effektive Kräfte nur in Grenzschichten. Kräfte von Nachbarmolekülen heben sich in der Flüssigkeit auf. Energie nötig, um Molekül von innen nach außen zu bringen! mit Energie ΔW zur Vergrößerung der Oberfläche um ΔA ist: die spezifische Oberflächenenergie Gaub34WS 2014/15

2 Messung der Oberflächenenergie  : Oberflächenspannung Die Oberfläche A der Flüssigkeitslamelle ist: Arbeit, um den Bügel zu bewegen: Nötige Zugspannung, genannt Oberflächenspannung, um den Bügel zu halten:  Gaub35WS 2014/15

3 Messung der Oberflächenenergie: Oberflächenspannung Die Oberfläche A der Zylindermantellamelle ist: Nötige Zugspannung, um den Bügel zu halten: Experiment: H2O = 72 mN/m=1,4mN/2cm= 140 mg *g/2cm Gaub36WS 2014/15

4 GaubWS 2014/1537 Fläche A B a r r i e r e Breite 2D-Thermodynamik V A V A 3D-Thermodynamik Siehe F-Praktikum Lateraldruck

5 Gaub38 DMPA Druck-Flächen Isotherme Monolayer-Kollaps Vollständig kristallin Flüssig

6 Gaub39WS 2014/15

7 m ameise ≈ 1mm 3 x 1g/cm 3 ≈ 1 mg => F G ameise ≈ 10µN U mfang Tropfen ≈ π x d ≈ 50 µm F O-Spannung Tropfen ≈ U x ≈ 50µm x 50 mN/m ≈ 2.5 µN Zum Glück hat die Ameise 6 Beine! V Tropfen ≈ h x π x r 2 ≈ 500µm 3 => m ≈ 0.5 ng Ameise kann viele Tropfen hinterlassen! Gaub40WS 2014/15

8 Oberflächenspannung und Überdruck in einer Seifenblase: Oberflächenspannung Radiale Druckkraft auf die Seifenblase: Gleichgewicht: Druckkraft der eingeschlossenen Luft = Kraft durch Oberflächenspannung  GaubWS 2014/15

9 Innendruckverhältnis von Seifenblasen: Oberflächenspannung  größere Blase hat geringeren Innendruck und wird aufgeblasen! Gaub42WS 2014/15

10 Grenzfläche Flüssigkeit i zu Medium k: Grenzflächen und Haftspannung stabile Grenzfläche Flüssigkeit - Gas  (sonst verdampfen) stabile Grenzfläche Flüssigkeit - Flüssigkeit  (sonst vermischen) Grenzfläche Flüssigkeit – Festkörper oder Gas – Festkörper  möglich (kein vermischen möglich) Gaub43WS 2014/15

11 Berührpunkt aller drei Phasen: Grenzflächen und Haftspannung 1 fest 2 flüssig 3 gasförmig Oberflächenspannungen: Kräfte dF auf ein Linienelement dl: jeweils parallel zur Grenzfläche der beiden Medien Gaub44WS 2014/15

12 GG: Summe aller Kräfte parallel zur Festkörper-Oberfläche = 0 Grenzflächen und Haftspannung definiert für zu unterscheidende Fälle: 1.:  z.B.: Glas-Wasser-Luft 2.: z.B.: Glas-Quecksilber-Luft   Gaub45WS 2014/15

13 Grenzflächen und Haftspannung 3.:  vollständige Benetzung Berücksichtigung anderer Kräfte (Adhäsion, Gravitation): 46

14 Kapillarität  deutlicher Kapillareffekt beobachtbar Innenradius r der Kapillare kleiner als der Krümmungsradius R der Flüssigkeitsgrenzfläche    (Halbe Seifenblase) Gaub

15 Kapillarität alternative Herleitung für benetzende Flüssigkeiten über Energiesatz: Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels um dh verringert die Flüssigkeitsoberfläche in der Kapillare um :  frei werdende Energie: aufzuwendende Energie: Energie minimal für   Gaub48WS 2014/15

16 Kapillarität nicht benetzende Flüssigkeit: Kapillardepression Steighöhe h zwischen 2 planparallelen Platten im Abstand d:  Gaub49WS 2014/15

17 Grenzflächen und Haftspannung  der Tropfen wird zu einer dünnen Schicht auseinander gezogen (vollständige Benetzung) nicht mischbare Flüssigkeiten: Gaub50WS 2014/15

18 Reibung Haftreibungskoeffizient: Gleitreibungskraft: Nur von v und vom Material nicht von der Fläche abhängig! Abrieb und Chemische Reaktionen können auftreten! Rollreibungsdrehmoment: => Schmierung... FGFG WS 2014/15


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