Unterschied zwischen Oberflächenspannung und Oberflächenenergie

Hauptunterschied - Oberflächenspannung vs. Oberflächenenergie

Oberflächenspannung und Oberflächenenergie sind Messungen von intermolekularen Kräften, aus denen ein Material besteht. Aufgrund dieser intermolekularen Kräfte wird immer eine Flüssigkeitsoberfläche nach innen gezogen. Wenn man die Oberfläche strecken will, muss man die intermolekularen Kräfte überwinden. Die Spannung auf der Oberfläche einer Flüssigkeit und der zum Dehnen dieser Oberfläche erforderliche Arbeitsaufwand können gemessen werden: Diese Messungen entsprechen der Oberflächenspannung und der Oberflächenenergie. Das Hauptunterschied zwischen Oberflächenspannung und Oberflächenenergie ist das Die Oberflächenspannung misst die Kraft pro Längeneinheit der Oberfläche während Die Oberflächenenergie misst die Menge an Arbeit, die pro Flächeneinheit ausgeführt werden muss, um sie zu dehnen.

Was ist die Oberflächenspannung?

Betrachten Sie eine Flüssigkeitsprobe in einem Behälter. Die Flüssigkeit wird durch die kohäsiven intermolekularen Kräfte zwischen den Molekülen, die die Flüssigkeit bilden, zusammengehalten. Ein Molekül im Behälter wird von den anderen Molekülen, die es umgibt, in alle Richtungen gezogen. Wenn Sie jedoch Moleküle an der Oberfläche betrachten, ziehen sie die Moleküle unter ihnen immer noch nach unten, es befinden sich jedoch keine flüssigen Moleküle darüber, um sie nach oben zu ziehen. Dies bedeutet, dass auf diese Moleküle eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wird. Dadurch wird die gesamte Oberfläche der Flüssigkeit nach innen gezogen. Es ist diese nach innen gerichtete Kraft auf den Oberflächen, die bewirkt, dass Flüssigkeiten in etwa kugelförmige Tröpfchen bilden, wenn sie frei sind.

Moleküle auf der Oberfläche einer Flüssigkeit sind Kohäsionskräften von unterhalb ausgesetzt. Dadurch werden Flüssigkeitsoberflächen nach innen gezogen.

Die Oberflächenspannung bewirkt, dass Wasser ungefähr kugelförmige Tröpfchen bildet.

Die Oberfläche der Flüssigkeit wirkt wie eine gespannte Membran. Oberflächenspannung  kann als Kraft quantifiziert werden wirkt pro Längeneinheit  der Oberfläche:

Hier die Kraft wirkt parallel zur Flüssigkeitsoberfläche und  ist die Länge, über die die Kraft wirkt. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie ziehen einen Flüssigkeitsfilm und strecken ihn. Dies ist im folgenden Diagramm dargestellt:

Oberflächenspannung auf einem Flüssigkeitsfilm

Hier die Kraft  zieht an der dunkelblau dargestellten Membran und streckt den Flüssigkeitsfilm. Weil dort sind zwei Oberflächen In der Folie (Ober- und Unterseite) beträgt die Gesamtlänge . Das bedeutet für diesen Film,

Was ist Oberflächenenergie?

Aufgrund der intermolekularen Kräfte zwischen Molekülen muss an einer Oberfläche gearbeitet werden, um sie zu dehnen. Die Oberfläche gewinnt eine Energie, die der Arbeit an der Oberfläche entspricht. Oberflächenenergie bezieht sich auf die Energiemenge, die pro Flächeneinheit zum Dehnen erforderlich ist. Für den Flüssigkeitsfilm oben wird angenommen, dass die Membran über eine Strecke gezogen wird . Dann ist die Arbeit erledigt . Die Vergrößerung der Fläche ist durch angegeben . Also die Oberflächenenergie ist gegeben durch:

Unterschied zwischen Oberflächenspannung und Oberflächenenergie

Was es misst

Oberflächenspannung misst die Kraft, die parallel zu einer Fläche pro Längeneinheit aufgebracht wird.

Oberflächenenergie misst die pro Flächeneinheit benötigte Energie, um eine neue Oberfläche zu erzeugen.

Bild mit freundlicher Genehmigung

„Wasser in Tropfen und an der Phasengrenze“ von User: Booyabazooka (Eigene Arbeit) [Public Domain], über Wikimedia Commons

"Dieses Diagramm veranschaulicht die Kraft, die zur Vergrößerung der Oberfläche erforderlich ist ..." von Rudolf.hellmuth (Eigene Arbeit) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons (Modified)

„Wassertröpfchen auf Lotusblatt“ von aotaro (Eigene Arbeit) [CC BY 2.0], über flickr