Grensesnitt spenning

Den grenseflatespenning refererer til mekaniske spenninger og dermed kreftene som oppstår ved grensen mellom to forskjellige faser som er i kontakt med hverandre. De to fasene danner et felles grensesnitt som er under grensesnittets spenning. Under forskjellige faser forstås å være faser som ikke blandes, slik. B. vann og olje eller glass og vann.

Fasene kan være flytende, faste eller gassformige. Grensesnittets spenning mellom væsker og gassfaser blir vanligvis referert til som overflatespenning . For spenning i grensesnitt i faste stoffer, se elastisk grensesnittspenning .

Fenomener

Grensesnittets spenning beskriver årsakene til at ...

  • fallende vann eller vann på glassruter oppløses i dråper ;
  • overflaten av en væske i et prøverør kan vise en kurve (→  menisk );
  • Væsker i et glassrør kan stige litt hvis den ene enden av røret dyppes loddrett i væsken (→  kapillaritet );
  • noen insekter kan gå over vannet (→  vannstrider );
  • vannet kan renne av en lett, tynn regnjakke (→  fukting ).

Grensesnittets spenning er "grensesnittenergi" eller "grensesnittarbeid"

Den grenseflatespenning er en mekanisk spenning i grensesnitt med krefter som kan føre til en reduksjon i grensesnittet. Avvik fra den andre definisjonen av mekanisk spenning, er den gitt som kraft per lengde , f.eks. B. i SI-enhetene  N / m (se overflatespenning #Fysisk bakgrunn ).

Samtidig som grensesnittarbeid eller energi, beskriver den energien som må konverteres for å forstørre grensesnittet med 1 m 2 under isotermiske forhold. Også her resulterer definisjonen av arbeid per område i enheten N / m eller kg / s 2 .

Grensesnittets spenning betyr at det må jobbes for å forstørre grensesnittet og at energi frigjøres når området avtar. Av disse energiske grunnene tilstreber et system som vann / luft et minst mulig grensesnitt: vannet får ikke "frivillig" form av en plate, men danner dråper.

Fase- og fasegrense

Fig. 1: Retninger for intermolekylære krefter i fasen og på overflaten .

Innen en fase virker kreftene i alle romlige retninger mellom partiklene som danner fasen ( kohesjon ). Partiklene kan være molekyler, metallatomer eller ionene i et salt. I det indre av fasen avbryter kreftene hverandre. Dette er ikke tilfelle ved fasegrensen. Her mangler naboer som tilhører sin egen fase.

I en flytende vannfase (fig. 1) virker dipol-dipolmomenter på molekylene i alle romlige retninger. Dette er ikke tilfelle ved fasegrensen (dråpekant). Et vannmolekyl på kanten har langt færre naboer. Et vannmolekyl som beveger seg fra innsiden av fasen til fasegrensen, må ha energi til å overvinne en del av dipol-dipolmomentene. Hvis den beveger seg i den andre retningen, frigjøres tilsvarende energi. For å forstørre området av fasegrensen må energi brukes, siden det nå kreves flere partikler for å danne det større området. Derfor strever vann etter en minimal overflate og danner dermed dråper.

Retning av grensesnittspenning

Fig. 2: Såpeboble
Fig. 3: Skumbobler mellom to glassplater

I tilfelle en såpeboble (fig. 2) avgrenses "boblehud" -fasen på begge sider av en gassfase hver. De to grensesnittene til "boblehuden" strammer den indre gassfasen. Kreftene virker i retning av ekspansjonen av blærehuden. Denne retningen blir tydeligere ved å se på figur 3, som viser et tverrsnitt gjennom skum . På grunn av retningen til grensesnittets spenning har "blæremembranene" de korteste forbindelseslinjene (rette linjer).

Grensesnitt for væske-gass-vegg

Fig. 4: Fukte en vegg

Hvis et gass-væskegrensesnitt berører en solid vegg, etableres en viss vinkel mellom veggen og overflaten av væsken. Fig. 4 viser denne kontaktvinkelen for et tilfelle av en vertikal vegg som lett kan fuktes. Jo sterkere fuktingen er , jo mindre vinkel og jo høyere stiger væskekanten. Denne oppførselen i smale rør kalles kapillæreffekten . Fuktighetsgraden avhenger av væsketypen, overflatematerialet og dens natur, f.eks. B. deres ruhet .

Påvirkbarhet

Størrelsen på grensesnittspenningen kan påvirkes av:

Termoplastiske polymerer kan ikke blandes med hverandre i smeltet tilstand. Kompatibiliserende midler senker grenseflatespenningen mellom fasene i kopolymerer og reduserer faseseparasjon og agglomerering av de forskjellige basiske materialmolekylene.

Individuelle bevis

  1. ↑ a b Ralph-Dieter Maier, Michael Schiller: Handbuch Kunststoff Additive. ISBN 978-3-446-43291-8 , s. 21 ( begrenset forhåndsvisning i Google-boksøk).