Uewerflächenspannung verstoen
Uewerflächespannung entsteet well d'Uewerfläch vun enger Flëssegkeet tendéiert ze steif ze ginn, wouduerch eng dënn membranähnlech Erscheinung entsteet. Dëst gëtt vun de Kohäsiounskräften tëscht Waassermolekülen beaflosst. Fir dës Erklärung besser ze verstoen, betruecht déi folgend Illustratioun. Betruechte mer eng Flëssegkeet an engem Behälter.
Flësseg Moleküle zéien sech typescherweis géigesäiteg un. An enger Flëssegkeet ass all Flësseg Molekül op all Säit vun anere Moleküle ëmginn; awer op der Uewerfläch vun der Flëssegkeet ginn et nëmmen Flësseg Moleküle op de Säiten an drënner. Et gëtt keng aner Flësseg Moleküle driwwer. Well Flësseg Moleküle sech géigesäiteg unzéien, gëtt et eng Nettokraaft vun Null op d'Moleküle am Banneschte vun der Flëssegkeet. Am Géigendeel ginn Flësseg Moleküle op der Uewerfläch vun de Flësseg Moleküle op de Säiten an drënner ugezunn. Dofir gëtt et eng Nettokraaft op der Uewerfläch vun der Flëssegkeet, déi no ënnen geriicht ass. Wéinst dëser Nettokraaft no ënnen tendéiert d'Flëssegkeet op der Uewerfläch, hir Uewerfläch ze reduzéieren a sou vill wéi méiglech ze schrumpfen.
Dëst bewierkt, datt d'Flëssegkeetsschicht op der Uewerfläch ausgesäit, wéi wann se vun enger dënner elastescher Membran bedeckt wier.
Wann d'Klipp virsiichteg op d'Uewerfläch vum Waasser placéiert gëtt, ginn d'Waassermoleküle op der Uewerfläch liicht vun der Schwéierkraaft vun der Klap gedréckt, sou datt d'Waassermoleküle drënner eng no uewen geriicht Kraaft ausüben, fir d'Klipp z'ënnerstëtzen (erënnert Iech un d'Elastizitéit an d'Gesetz vum Hooke ).
Tatsächlech sinn net nëmmen Pabeierklammeren dat eenzegt wat Dir benotze kënnt; si kënnen och aner Objeten sinn wéi Nolen. Wann Dir eng Nool virsiichteg op d'Uewerfläch vum Waasser leet, schwëmmt se. Dëst ass och de Grond firwat Insekten um Waasser schwamme kënnen.
Uewerflächenspannungsgläichung
Fir eis ze hëllefen, d'Uewerflächespannungsgläichung ofzeleeden, betruechte mir en Drot, deen an d'Form vum Buschtaf U gebéit ass. En anere riichte Drot ass un den zwou Been vum U-Drot befestegt, wou de riichte Drot beweegt ka ginn.
Wann dësen Drot an eng Seefeléisung geluecht gëtt, da bildt sech eng Schicht Seefewaasser op der Uewerfläch vum Drot nodeems en ewechgeholl gouf. Ähnlech wéi wann ee Seefeblosen spillt. Well de riichte Drot beweegt ka ginn a seng Mass net ze grouss ass, stellt d'Schicht Seefewaasser eng Uewerflächespannungskraaft um riichte Drot duer, sou datt de riichte Drot no uewe beweegt (bemierkt d'Richtung vum Pfeil). Fir datt de riichte Drot sech net beweegt (den Drot ass am Gläichgewiicht), ass eng Gesamtkraaft néideg, déi no ënnen geriicht ass, wou d'Gréisst vun der Gesamtkraaft F = w + T ass. Am Gläichgewiicht ass F = d'Kraaft, déi vun der Schicht Seefewaasser um riichte Drot ausgeübt gëtt.
Stelle mer vir, d'Längt vun engem riichte Drot ass l. Well d'Schicht aus Seefewaasser, déi de riichte Drot beréiert, zwou Uewerflächen huet, wierkt d'Kraaft, déi vun der Seefewaasserschicht generéiert gëtt, iwwer eng Längt vun 2l. D'Uewerflächespannung op der Seefeschicht ass d'Verhältnes tëscht der Kraaft (F) an der Längt vun der Uewerfläch, op där d'Kraaft wierkt (d). An dësem Fall ass d'Längt vun der Uewerfläch 2l. Mathematesch gesäit een et esou:
Well d'Uewerflächespannung de Verhältnes vun der Kraaft zur Längteenheet ass, sinn d'Eenheeten Newton pro Meter (N/m) oder Dyne pro Zentimeter (dyn/cm).
Déi folgend sinn e puer Wäerter fir d'Uewerflächenspannung, déi op Basis vun Experimenter kritt goufen.
Baséierend op den uewe genannten Donnéeën, schéngt et, datt d'Temperatur d'Uewerflächespannung vun enger Flëssegkeet beaflosst. Am Allgemengen, wann d'Temperatur eropgeet, hëlt de Wäert of. Dëst läit dorun, datt wann d'Temperatur eropgeet, sech d'Flëssegmoleküle méi séier beweegen, wouduerch d'Interaktioun tëscht de Flëssegmoleküle reduzéiert gëtt. Dofir hëlt och de Wäert vun der Uewerflächespannung of.
Uwendung am Alldag
Hutt Dir Iech jeemools gefrot, firwat mir Kleeder mat Seef wäschen? De Problem ass, fir wierklech propper Kleeder ze kréien, muss d'Waasser duerch ganz schmuel Lächer an de Faseren lafen. Dëst erfuerdert eng Erhéijung vun der Uewerfläch vum Waasser. Dëst ass ganz schwéier z'erreechen wéinst der Uewerflächespannung. Egal ob Dir et wëllt oder net, d'Uewerflächespannung vum Waasser muss als éischt gesenkt ginn. Mir kënnen d'Uewerflächespannung mat waarmem Waasser senken. Wat méi héich d'Waassertemperatur ass, wat besser, well wat méi héich d'Waassertemperatur ass, wat méi niddreg d'Uewerflächespannung ass (kuckt d'Tabell). Dëst ass déi éischt Alternativ a gëtt selten benotzt, ausser fir déi, déi gär mat waarmem Waasser spillen. Eng aner Alternativ ass d'Benotzung vu Seef.
Bei enger Temperatur vun 20 ° C ass d'Uewerflächenspannung vu Seefewaasser 25,00 mN/m². Vergläicht emol Seefewaasser a waarmt Waasser, wéi ee Wäert ass dee klengsten? Bei 100 ° C ass d'Uewerflächenspannung vu waarmem Waasser = 58,90. Bei enger Temperatur vun 20 ° C ass d'Uewerflächenspannung vu Seefewaasser 25,00 mN/m². Et ass méi rentabel, Seef ze benotzen... d'Waasser ass och net waarm. Et gëtt nach aner Faktoren, déi beaflossen, wéi gutt eis Kleeder oder Kierper mat Seef gebotzt kënne ginn. Dat, wat uewe erkläert gouf, ass also nëmmen ee vun den Aflossfaktoren.
Firwat si Seefe- oder Waasserblosen ronn?
Seefeblosen, oder Waasserdrëpsen, hunn eng kugelfërmeg Form wéinst der Uewerflächespannung. Loosst eis als éischt iwwer Seefeblosen schwätzen. Seefeblosen hunn zwou dënn Membranen op hirer Uewerfläch, mat enger dënner Waasserschicht dertëschent.
D'Uewerflächespannung bewierkt, datt d'Membran sech zesummenzitt, wouduerch hir Uewerfläch reduzéiert gëtt. Wann d'Seefewaassermembran sech zesummenzitt a probéiert, hir Uewerfläch ze reduzéieren, entsteet en Ënnerscheed am Loftdrock tëscht der Äussewelt vun der Membran (Atmosphärendrock) an der Innenwelt vun der Membran. Den Loftdrock baussent der Membran (Atmosphärendrock) dréckt och d'Seefewaassermembran beim Zesummezéien, well den Loftdrock an der Membran méi niddreg ass.
Nodeems d'Membran sech zesummezitt, gëtt d'Loft dran (d'Loft, déi tëscht den zwou Membranen agefaange ass) och kompriméiert, wouduerch den Loftdrock an der Membran eropgeet, bis d'Kontraktioun ophält. An anere Wierder, wann d'Kontraktioun ophält, ass den Loftdrock tëscht de Membranen gläich wéi den Atmosphärendrock + d'Uewerflächespannungskraaft, déi d'Membranen zesummezitt.
Also, wat ass mat Tau oder Waasserdrëpsen, déi aus engem Krunn kommen? Dat ass am Fong datselwecht, well d'Haaptursaach d'Uewerflächespannung ass. Wärend eng Seefeblos zwou dënn Membranen op hiren zwou Uewerflächen huet, huet en Waasserdrëps nëmmen eng dënn Membran, op der Äussewelt vum Drëps. D'Innere ass mat Waasser gefëllt. D'Äussewelt vum Drëps gëtt no bannen gezunn. Dofir zitt sech d'Waasser zesummen, wouduerch seng Uewerfläch reduzéiert gëtt. Den externen Atmosphärendrock hëlleft och, den Waasserdrëps zesummenzedrécken. D'Kontraktioun hält op, wann den Drock op der Innere vum Waasser dem Atmosphärendrock plus der Kraaft gläich ass, déi d'Waassermembran zesummenzitt.
