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

Messung der Oberflächenenergie e: Oberflächenspannung Messung der Oberflächenenergie e: Die Oberfläche A der Flüssigkeitslamelle ist: Arbeit, um den Bügel zu bewegen: Nötige Zugspannung, genannt Oberflächenspannung, um den Bügel zu halten: Gaub WS 2014/15

Experiment: H2O= 72 mN/m =1,4mN/2cm= 140 mg *g/2cm Oberflächenspannung Messung der Oberflächenenergie: 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 Gaub WS 2014/15

A A V V 3D-Thermodynamik 2D-Thermodynamik Lateraldruck Siehe F-Praktikum V Fl ä che A B a r i e Breite Gaub WS 2014/15

DMPA Druck-Flächen Isotherme Monolayer-Kollaps Vollständig kristallin Flüssig Gaub

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Zum Glück hat die Ameise 6 Beine! m ameise ≈ 1mm3x1g/cm3 ≈ 1 mg => FG ameise ≈ 10µN Umfang Tropfen ≈ π x d ≈ 50 µm FO-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 r2 ≈ 500µm3 => m ≈ 0.5 ng Ameise kann viele Tropfen hinterlassen! Gaub WS 2014/15

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

Innendruckverhältnis von Seifenblasen: Oberflächenspannung Innendruckverhältnis von Seifenblasen: größere Blase hat geringeren Innendruck und wird aufgeblasen! Gaub WS 2014/15

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

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

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

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

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

alternative Herleitung für benetzende Flüssigkeiten über Energiesatz: 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 Gaub WS 2014/15

nicht benetzende Flüssigkeit: Kapillardepression Kapillarität nicht benetzende Flüssigkeit: Kapillardepression Steighöhe h zwischen 2 planparallelen Platten im Abstand d: Gaub WS 2014/15

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

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