Hauptunterschied – Oberflächenspannung vs. Kapillarwirkung
Oberflächenspannung und Kapillarwirkung sind physikalische Eigenschaften flüssiger Stoffe. Sie sind makroskopische Eigenschaften von Flüssigkeiten. Der Hauptunterschied zwischen Oberflächenspannung und Kapillarwirkung besteht darin, dass die Oberflächenspannung als die Kraft gemessen wird, die auf eine bestimmte Länge der Flüssigkeit ausgeübt wird, angegeben durch die Einheit N/m (Newton pro Meter), während die Kapillarwirkung als Höhe der Flüssigkeitssäule gemessen wird die nach oben gezogen wird, gegen die Schwerkraft, die durch die Einheit m (Meter) gegeben ist.
Was ist Oberflächenspannung?
Oberflächenspannung ist ein Phänomen, bei dem die Oberfläche einer Flüssigkeit, wo die Flüssigkeit mit dem Gas in Kontakt kommt, wie eine dünne elastische Schicht wirkt. Der Begriff Oberflächenspannung wird nur verwendet, wenn die Flüssigkeit in Kontakt mit einem Gas ist (z. B. wenn sie der normalen Atmosphäre ausgesetzt ist). Der Begriff „Grenzflächenspannung“wird für die Schicht zwischen zwei Flüssigkeiten verwendet.
Anziehungen zwischen verschiedenen chemischen Spezies führen dazu, dass sich die flüssigen Moleküle miteinander vereinen. Die Flüssigkeitsmoleküle in der Flüssigkeitsoberfläche werden von den Molekülen in der Mitte der Flüssigkeit angezogen. Das ist eine Art Zusammenh alt. Aber die Anziehung zwischen Flüssigkeitsmolekülen und Luftmolekülen (oder die Adhäsionskräfte) sind vernachlässigbar. Daher wirkt diese Oberflächenschicht aus Flüssigkeitsmolekülen als elastische Membran. Die Oberflächenschicht flüssiger Moleküle steht unter Spannung, da nicht genügend Anziehungskräfte vorhanden sind, um die auf sie wirkenden Kohäsionskräfte auszugleichen, daher wird dieser Zustand als Oberflächenspannung bezeichnet.
Abbildung 01: Die Anziehungskräfte auf flüssige Moleküle in der Oberfläche der Flüssigkeit
Formel zur Berechnung der Oberflächenspannung
Oberflächenspannung (γ)=F/d
Hierbei ist F die Oberflächenkraft und d die Länge, auf der die Oberflächenkraft wirkt. Daher wird die Messung der Oberflächenspannung durch die Einheit N/m (Newton pro Meter) angegeben. Es ist die SI-Einheit für die Messung der Oberflächenspannung.
Was ist Kapillarwirkung?
Kapillarwirkung ist die Fähigkeit einer Flüssigkeit, in engen Räumen ohne die Hilfe von oder gegen äußere Kräfte wie die Schwerkraft zu fließen. Es kann als Flüssigkeitssaugen durch ein Kapillarrohr nach oben beobachtet werden.
Die Kapillarwirkung tritt aufgrund der zwischenmolekularen Kräfte zwischen Flüssigkeitsmolekülen und der Oberfläche des Kapillarröhrchens auf. Daher tritt es aufgrund von Adhäsionskräften auf. Wenn der Durchmesser des Rohrs ausreichend klein ist, steigt die Flüssigkeit aufgrund sowohl der Adhäsions- als auch der Kohäsionskräfte durch das Rohr. Die Kohäsionskräfte (Anziehungskräfte zwischen ähnlichen Molekülen) bewirken, dass die Moleküle nach oben gezogen werden.
Wenn ein Kapillarröhrchen in eine Flüssigkeit getaucht wird, bildet sich am Rand des Röhrchens ein Meniskus. Dann wird die Flüssigkeit aufgrund von Adhäsionskräften zwischen Flüssigkeitsmolekülen und der Wand des Röhrchens nach oben gezogen, bis die auf diese Flüssigkeitsmenge wirkende Schwerkraft ausreicht, um die Adhäsionskraft zu überwinden. Dann werden die flüssigen Moleküle durch Kohäsion nach oben gezogen.
Abbildung 02: Kapillarwirkung – ein Modell
Kapillarwirkung ist bei Pflanzen weit verbreitet. Xylemgefäße sind Kapillarröhrchen, die Wasser mit gelösten Nährstoffen nach oben ziehen können. Damit wird der Wasser- und Nährstoffbedarf von Ästen und Blättern großer Pflanzen gedeckt.
Wie ist die Beziehung zwischen Oberflächenspannung und Kapillarwirkung?
Durch die Kapillarwirkung entsteht in einem Kapillarröhrchen eine Flüssigkeitssäule. Die Höhe der Flüssigkeitssäule kann mit der untenstehenden Gleichung bestimmt werden.
Formel zur Berechnung der Höhe der Flüssigkeitssäule
h=2γcosθ / ρgr
Dabei
- h ist die Höhe der Flüssigkeitssäule,
- γ ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (Einheit ist N/m),
- θ ist der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Rohrwand,
- ρ ist die Dichte der Flüssigkeit, g ist die Erdbeschleunigung (Einheit ist Kg/m3),
- r ist der Radius der Röhre (m).
Was ist der Unterschied zwischen Oberflächenspannung und Kapillarwirkung?
Oberflächenspannung vs. Kapillarwirkung |
|
| Oberflächenspannung ist ein Phänomen, bei dem die Oberfläche einer Flüssigkeit, wo die Flüssigkeit mit dem Gas in Kontakt kommt, wie eine dünne elastische Folie wirkt. | Kapillarwirkung ist die Fähigkeit einer Flüssigkeit, in engen Räumen ohne die Unterstützung oder sogar gegen äußere Kräfte wie die Schwerkraft zu fließen. |
| Theorie | |
| Oberflächenspannung ist die Kraft auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, die der Luft ausgesetzt ist. | Kapillarwirkung ist das Fließen einer Flüssigkeit gegen eine äußere Kraft ohne Hilfe. |
| Messung | |
| Die Oberflächenspannung wird als die Kraft gemessen, die auf eine bestimmte Länge der Flüssigkeit ausgeübt wird, angegeben durch die Einheit N/m (Newton pro Meter). | Die Kapillarwirkung wird gemessen als die Höhe der Flüssigkeitssäule, die gegen die Schwerkraft nach oben gezogen wird, angegeben durch die Einheit m (Meter). |
Zusammenfassung – Oberflächenspannung vs. Kapillarwirkung
Oberflächenspannung und Kapillarwirkung sind zwei Arten von mikroskopischen Eigenschaften von Flüssigkeiten. Der Unterschied zwischen Oberflächenspannung und Kapillarwirkung besteht darin, dass die Oberflächenspannung als die Kraft gemessen wird, die auf eine bestimmte Länge der Flüssigkeit ausgeübt wird, angegeben durch die Einheit N/m (Newton pro Meter), während die Kapillarwirkung als die Höhe der Flüssigkeitssäule gemessen wird nach oben gezogen wird, gegen die Schwerkraft, die durch die Einheit m (Meter) gegeben ist.
