6 4 Phnomene an Flssigkeitsgrenzflchen Krfte von Nachbarmoleklen

§ 6. 4 Phänomene an Flüssigkeitsgrenzflächen Kräfte von Nachbarmolekülen heben sich in der Flüssigkeit auf. Þ 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 34

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: Þ Gaub WS 2014/15 35

Oberflächenspannung Messung der Oberflächenenergie: Die Oberfläche A der Zylindermantellamelle ist: Nötige Zugspannung, um den Bügel zu halten: Experiment: Gaub H 2 O= 72 m. N/m =1, 4 m. N/2 cm= 140 mg *g/2 cm WS 2014/15 36

3 D-Thermodynamik 2 D-Thermodynamik A A V Siehe F-Praktikum Lateraldruck Gaub Breite V WS 2014/15 B a r r i e r e Fläche A 37

Monolayer-Kollaps DMPA Druck-Flächen Isotherme Vollständig kristallin Flüssig Gaub 38

Gaub WS 2014/15 39

m ameise ≈ 1 mm 3 x 1 g/cm 3 ≈ 1 mg => FG ameise ≈ 10µN Umfang Tropfen ≈ π x d ≈ 50 µm FO-Spannung Tropfen ≈ U x ≈ 50µm x 50 m. N/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! Gaub WS 2014/15 40

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

Oberflächenspannung Innendruckverhältnis von Seifenblasen: Þ größere Blase hat geringeren Innendruck und wird aufgeblasen! Gaub WS 2014/15 42

Grenzflächen und Haftspannung Grenzfläche Flüssigkeit i zu Medium k: stabile Grenzfläche Flüssigkeit - Gas Þ stabile Grenzfläche Flüssigkeit - Flüssigkeit (sonst verdampfen) Þ (sonst vermischen) Grenzfläche Flüssigkeit – Festkörper oder Gas – Festkörper Þ Gaub möglich (kein vermischen möglich) WS 2014/15 43

Grenzflächen und Haftspannung Berührpunkt aller drei Phasen: 1 fest 2 flüssig 3 gasförmig Oberflächenspannungen: Kräfte d. F auf ein Linienelement dl: jeweils parallel zur Grenzfläche der beiden Medien Gaub WS 2014/15 44

Grenzflächen und Haftspannung GG: Summe aller Kräfte parallel zur Festkörper-Oberfläche = 0 Þ definiert für zu unterscheidende Fälle: 1. : Þ z. B. : Glas-Wasser-Luft 2. : Þ z. B. : Glas-Quecksilber-Luft Gaub WS 2014/15 45

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

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

Kapillarität alternative Herleitung für benetzende Flüssigkeiten über Energiesatz: Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels um dh verringert die Flüssigkeitsoberfläche in der Kapillare um : Þ frei werdende Energie: aufzuwendende Energie: Energie minimal für Þ Þ Gaub WS 2014/15 48

Kapillarität nicht benetzende Flüssigkeit: Kapillardepression Steighöhe h zwischen 2 planparallelen Platten im Abstand d: Þ Gaub WS 2014/15 49

Grenzflächen und Haftspannung nicht mischbare Flüssigkeiten: Þ der Tropfen wird zu einer dünnen Schicht auseinander gezogen (vollständige Benetzung) Gaub WS 2014/15 50

Reibung 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