Oberflächen

1. Oberflächen

2. Inhalt • Oberflächen, Minimalflächen • Adhäsion, Kohäsion • Kapillarwirkung

3. Verschiebung in Flüssigkeiten • Flüssigkeiten sind gegen Scherung bzw. Torsion instabil: Baugruppen lassen sich ohne Energieaufwand verschieben, solange die Anzahl der Bindungen gleich bleibt Flüssig Was an einer Stelle durch Lösen einer Bindung verloren geht, wird an anderer durch Aufbau einer Bindung an Nachbaratome gewonnen

4. Die Vergrößerung der Oberfläche bricht Bindungen auf Kugelpackungen - aus dem Inneren der Flüssigkeit -werden unter Energieaufwand aufgebrochen

5. Oberflächen sind Minimalflächen Oberflächen sind Minimalflächen. Wirken keine äußeren Kräfte, dann hat die Kugel die kleinste Oberfläche für ein gegebenes Volumen

6. Versuche zur Oberflächenspannung • Unterschiedliche Materialien auf einer Wasseroberfläche : Kampfer, eine Nadel, Quecksilber

7. Versuche zur Oberflächenspannung • Minimalflächen aus Lamellen • Öl- und Quecksilbertröpfchen in Wasser. Der Auftrieb kompensiert die Schwerkraft, ohne äußere Kräfte bilden sich Kugeln. • Bei gegebenem Volumen ist die Oberfläche einer großen Kugel günstiger als die vieler kleiner: Deshalb verschmelzen Quecksilbertröpfchen (sehr hohe Oberflächenspannung) zu einem größeren

8. Kraft Neugebildete Fläche Messung der Oberflächenspannung Verschiebbarer Bügel Vergrößerung der Oberfläche einer Lamelle aus einer Lösung durch einen verschiebbaren Bügel

9. Versuch: Oberfläche einer Seifenlösung In einem Versuchsaufbau nach der Abbildung wird mit einem Bügel eine Lamelle einer Seifenlösung vergrößert. Man erkennt, dass die Kraft auf den Bügel von der Größe der Fläche unabhängig ist. • Mit der Waage „Meisterstück“ wurde die Kraft auf den Bügel quantitativ bestimmt. Man findet

10. Definition der Oberflächenspannung

11. Werte der Oberflächenspannung

12. Kraft auf den Bügel

13. Versuch: Messung der Oberflächenspannung • Mit einem Spülmittel wird am Heck eines Schiffchens die Oberflächenspannung abgesenkt - Was geschieht?

14. Der Versuch mit dem Schiffchen Spül-mittel Schiffchen

15. Versuch: Messung der Oberflächenspannung • Mit einem Spülmittel wird am Heck eines Schiffchens die Oberflächenspannung abgesenkt • Die Oberfläche am Heck kann kräftefrei vergrößert werden, deshalb bildet sich die Oberfläche auf der Bug-Seite zurück und zieht das Schiffchen mit

16. Das Spülmittel senkt am Heck des Schiffchens die Oberflächenspannung ab – das Heck wird kräftefrei, das Schiffchen wird nach vorn beschleunigt Spül-mittel

17. Zusammenfassung • Bei Vergrößerung der Oberfläche werden Kugelpackungen aus dem Inneren der Flüssigkeit unter Energieaufwand aufgebrochen, • Folge: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Arbeit, proportional zur Flächenzunahme • Die Proportionalitätskonstante ist die Oberflächenspannungσ0 , Einheit [J/m2] • Oberflächenspannung in Wasser 0,073 J/m2 • Oberflächen sind Minimalflächen

18. finis